I pannelli solari e le celle a combustibile a idrogeno generano elettricità, ma quando si parla di generatori, la maggior parte delle persone si riferisce a motori alimentati a carburante che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. Questi generatori possono essere abbastanza compatti da fornire elettricità per un singolo elettrodomestico o abbastanza grande da alimentare un'intera città. I generatori meccanici, sia grandi che piccoli, si basano sull'induzione elettromagnetica, un fenomeno associato a Michael Faraday, il fisico inglese che lo scoprì nel 1831.

Induzione elettromagnetica

Faraday scoprì che un campo magnetico mutevole perpendicolare a un filo conduttore ha prodotto una tensione nel filo. Se il filo forma un circuito chiuso, attraverserà una corrente. Il corollario è che la corrente che fluisce attraverso un conduttore produce un campo magnetico, che è il principio dietro gli elettromagneti. Quando il filo è avvolto in una bobina, Faraday è stato in grado di determinare che la tensione indotta - e quindi la quantità di corrente elettrica - è proporzionale al numero di spire nella bobina e al tasso di variazione del campo magnetico .

Uso dell'induzione per generare elettricità

La maggior parte dei generatori consiste di due componenti che, in combinazione, producono elettricità. La corrente è generata nello statore, un nucleo di ferro solido attorno al quale è avvolta una bobina metallica conduttrice che si collega ai terminali di uscita del generatore. Un rotore o un'armatura ruota intorno allo statore e produce il campo magnetico variabile. Il rotore nei piccoli generatori domestici ha solitamente magneti permanenti, ma in generatori più grandi, come quelli nelle centrali elettriche, il campo magnetico è prodotto da bobine di induzione secondarie. Ogni volta che il rotore completa una semirotazione, la polarità dell'elettricità generata cambia e il generatore produce corrente alternata o CA.

Conversione dell'energia meccanica

Nei generatori di uso personale, che forniscono fino a 5 kW di elettricità, la potenza di rotazione del rotore proviene solitamente da un piccolo motore a benzina; generatori più grandi in grado di produrre 10 kW o più possono avere motori a propulsione diesel o propano. I generatori che forniscono energia a intere città spesso usano il vapore per far girare grandi turbine, che a loro volta fanno girare i rotori che producono elettricità. Il calore per produrre il vapore viene spesso dalla combustione di combustibili fossili, come il carbone, o dalla fissione nucleare. I generatori idroelettrici fanno affidamento sulla forza dell'acqua che cade su una cascata naturale o attraverso i cancelli di una diga artificiale per far girare le turbine.

Generare energia rinnovabile

Le centrali idroelettriche e le turbine eoliche sono due esempio di fonti di energia rinnovabile - non si basano su risorse che possono essere esaurite, come i combustibili fossili. I generatori geotermici usano il calore della terra per creare vapore che fa girare le turbine. I generatori solari non fanno affidamento sull'induzione elettromagnetica; invece, si basano sull'effetto fotovoltaico, per cui la luce del sole che splende su una superficie semiconduttiva genera una tensione elettrica. A differenza di un rotore o di una turbina rotante, un pannello solare produce corrente continua o corrente continua. Solitamente i sistemi solari includono un inverter per convertire la corrente continua in corrente alternata da utilizzare nei sistemi elettrici convenzionali.