Di Chris Deziel, aggiornato il 24 marzo 2022
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Una batteria converte l’energia chimica in elettricità e una cella solare raccoglie i raggi del sole, ma convertire il movimento meccanico in energia richiede un generatore a induzione. Queste macchine possono variare da una torcia a manovella portatile a centrali elettriche su scala cittadina, tutte funzionanti secondo lo stesso principio scoperto dal fisico del XIX secolo Michael Faraday:l'induzione elettromagnetica. Oggi, i generatori a induzione funzionano con diversi combustibili e forniscono elettricità a milioni di persone in tutto il mondo.
L’esperimento fondamentale di Faraday nel 1831 prevedeva l’avvolgimento di una bobina conduttiva attorno a un nucleo e la misurazione della corrente mentre un magnete si muoveva attraverso il circuito. La corrente indotta svaniva quando il magnete si fermava e si invertiva quando la direzione del magnete cambiava. Da ciò Faraday formalizzò la legge dell’induzione elettromagnetica, ora chiamata legge di Faraday, che collega l’entità della tensione indotta alla velocità di variazione del flusso magnetico. Pratici generatori regolano i giri della bobina, la forza del magnete e le proprietà del filo per ottimizzare l'output.
Che si trovino all'interno di un'unità di backup domestica, di un alternatore per auto o di una centrale nucleare, i generatori a induzione condividono caratteristiche fondamentali:un rotore rotante e uno statore stazionario. Tipicamente lo statore contiene potenti magneti permanenti, mentre il rotore trasporta gli avvolgimenti conduttivi (o viceversa). Mentre il rotore gira, il campo magnetico si alterna all'interno degli avvolgimenti, creando una corrente alternata (AC). La frequenza di questa corrente alternata (quante volte la corrente si inverte ogni secondo) è un parametro chiave per la compatibilità con la rete.
La maggior parte dei generatori di grandi dimensioni accoppia il rotore a una turbina. Negli impianti alimentati a vapore, l’acqua viene riscaldata – bruciando carbone, gas naturale, biomassa o mediante fissione nucleare – per creare vapore che fa girare la turbina. Gli impianti geotermici sfruttano il calore delle profondità della terra, mentre gli impianti idroelettrici sfruttano il flusso dell’acqua. Il primo generatore idroelettrico, progettato da Nikola Tesla e costruito da George Westinghouse, rimane alle Cascate del Niagara e produce circa 4,9 GW di energia, sufficienti a servire 3,8 milioni di case.
Costruire un generatore di base è sorprendentemente semplice. Un design comune utilizza una bobina stazionaria e un magnete rotante. Avvolgi il filo di rame isolato attorno a un chiodo o a un'asta d'acciaio e posiziona un magnete a ferro di cavallo attorno alla bobina. Fissare il magnete su un albero che si adatti perfettamente al trapano; facendo girare l'albero si ruota il magnete rispetto alla bobina, inducendo una tensione che può accendere una piccola lampadina.
Con un po' di creatività, puoi sfruttare l'energia meccanica quotidiana, ad esempio una manovella o il pedale di una bicicletta, per generare elettricità utile.
