Di Bert Markgraf
Aggiornato il 24 marzo 2022
Nella moderna produzione di energia, i magneti sono fondamentali per convertire l’energia meccanica in elettricità. Quando una bobina conduttiva si muove all'interno di un campo magnetico variabile, la forza elettromotrice indotta spinge gli elettroni, producendo una corrente elettrica. Questo principio è alla base di quasi tutti i generatori su larga scala, siano essi alimentati da vapore, vento o energia idroelettrica.
Le bobine di filo vengono fatte girare attraverso campi magnetici creati da permanenti o elettromagneti. Il movimento delle bobine rispetto al campo induce una tensione, trasformando il movimento meccanico in energia elettrica.
I generatori elettrici si basano sulla legge di Faraday sull’induzione elettromagnetica:un flusso magnetico variabile attraverso un circuito chiuso induce una tensione. I generatori sono disponibili in due configurazioni principali:
Entrambi i modelli espongono gli avvolgimenti in rame a un campo magnetico variabile, provocando il flusso di elettroni.
I magneti permanenti, tipicamente neodimio-ferro-boro, sono preferiti nei generatori piccoli e leggeri perché non richiedono una fonte di alimentazione esterna. Gli elettromagneti, costituiti da nuclei di ferro avvolti con rame, generano campi più forti ma necessitano di input elettrico. Le grandi centrali elettriche utilizzano quasi esclusivamente elettromagneti perché l'elevata intensità di campo è essenziale per un'efficiente conversione dell'energia.
I primi esperimenti combinavano un generatore a magnete permanente con un motore, sperando che l’uscita del motore potesse sostenere la rotazione del generatore indefinitamente. Sebbene l'installazione possa funzionare per periodi prolungati, le inevitabili perdite resistive negli avvolgimenti e l'attrito nei cuscinetti causano eventualmente lo stallo del sistema. Nessuna configurazione magnetica può aggirare le leggi fondamentali della termodinamica.
In un impianto a carbone, nucleare o a gas, il calore trasforma l’acqua in vapore ad alta pressione che aziona una turbina. L'albero della turbina è accoppiato ad un grande generatore che contiene numerose bobine avvolte attorno ad un campo magnetico rotante prodotto da elettromagneti. Lo stesso principio vale per le turbine eoliche:le pale fanno ruotare un albero che fa girare il generatore.
Poiché l'uscita del generatore viene prodotta mentre i magneti passano attraverso gli avvolgimenti, il design garantisce elevata efficienza e affidabilità in un'ampia gamma di condizioni operative.
