Di Kevin Beck
Aggiornato il 30 agosto 2022

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Nel linguaggio quotidiano un generatore è un dispositivo che produce elettricità utilizzabile da una fonte di energia esterna. Anche se non possiamo creare energia dal nulla, i generatori sfruttano altre forme (combustione di carburante, flusso idroelettrico, vento o fissione nucleare) per generare energia necessaria a mantenere in funzione case, aziende e strutture critiche.

Generazione di elettricità

Nel 1831, il fisico Michael Faraday osservò che lo spostamento di un magnete all'interno di una bobina di filo provoca il flusso di elettroni, un fenomeno ora noto come induzione elettromagnetica. Ogni generatore si basa su questo principio:il movimento relativo tra un campo magnetico e un filo conduttivo produce una corrente elettrica, indipendentemente dal fatto che il movimento provenga dal magnete, dal filo o da entrambi.

I generatori tipici utilizzano un elettromagnete cilindrico che circonda una serie di bobine di rame isolate avvolte attorno a un albero centrale. Quando l'albero gira, le bobine tagliano il campo magnetico stazionario, inducendo una corrente continua che può essere diretta verso case, uffici o la rete elettrica più ampia.

Il generatore elettrico:perché?

L’elettricità non può essere immagazzinata a un livello tale da mantenere alimentata un’intera città per giorni senza una fonte continua. Sebbene le batterie siano utili per dispositivi portatili e sistemi di backup, la loro capacità è troppo limitata per la domanda su larga scala. Di conseguenza, le moderne infrastrutture elettriche devono generare elettricità su richiesta e molte aziende mantengono generatori di riserva per evitare interruzioni che potrebbero essere catastrofiche, soprattutto negli ospedali dove le apparecchiature di supporto vitale dipendono da una fornitura di energia costante.

La fisica dell'elettricità

Immagina due grandi magneti a forma di cubo posizionati a un metro di distanza l’uno dall’altro, con il polo sud rivolto verso il polo nord dell’altro. Il campo magnetico risultante corre orizzontalmente tra di loro. Se un filo conduttore verticale si muove perpendicolarmente attraverso questo campo, rimanendo esattamente a 0,5 m da ciascun magnete, lungo il filo scorre una corrente elettrica. Questa disposizione illustra l'ortogonalità fondamentale del campo magnetico, del movimento del filo e della corrente indotta che alimenta ogni generatore.

In un tipico generatore, l'albero rotante muove le bobine all'interno del magnete, mantenendo questa relazione perpendicolare e garantendo una corrente costante finché l'albero riceve energia meccanica. Gli ingegneri hanno sviluppato una varietà di generatori che utilizzano diverse fonti di energia per far girare quell'albero.

Tipi di generatori

I generatori sono ampiamente classificati in tipi termici e cinetici, che riflettono la fonte della loro energia meccanica.

• Generatori termici convertire il calore in elettricità. Esempi comuni includono:
  • Impianti di carbone, petrolio e gas naturale che bruciano combustibili fossili per produrre vapore o gas per azionare le turbine.
  • Impianti di cogenerazione che deviano il vapore di scarto verso gli utenti locali.
  • Centrali nucleari che sfruttano l'energia rilasciata durante la fissione:una fonte pulita ma controversa.
  • Impianti di gas naturale in grado di produrre energia senza vapore o di combinare la generazione di vapore per una maggiore efficienza.
  • Impianti a biomassa che utilizzano legno o materia vegetale come combustibile, guadagnando popolarità nel 21° secolo.
• Generatori cinetici movimento dell'imbracatura. Gli esempi principali sono:
  • Impianti idroelettrici, che utilizzano il flusso dell'acqua, spesso proveniente da bacini artificiali controllati da dighe come il lago Mead, per far girare le turbine.
  • Turbine eoliche, che convertono l'energia eolica in elettricità. Sebbene l'energia eolica sia meno efficiente dell'acqua e sia soggetta a variabilità, non richiede grandi laghi artificiali e può fornire energia a comunità considerevoli, sebbene nel 2018 la vitalità su larga scala fosse ancora in via di sviluppo.

Ogni tipo di generatore riflette un equilibrio tra disponibilità di risorse, impatto ambientale e domanda di energia. Comprendere questi fondamenti aiuta a spiegare perché diverse tecnologie coesistono nella rete elettrica globale.