Από το μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό ⚡🧲
Ο δρόμος πάει και προς τις δύο κατευθύνσεις
Το 1820 ο Hans Christian Oersted απέδειξε κάτι εντυπωσιακό: ένας αγωγός αποκτά μαγνητικές ιδιότητες όταν μέσα του ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Δηλαδή ο ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει μαγνητισμό.
Λίγα χρόνια αργότερα, δύο επιστήμονες, ο Michael Faraday και ο Joseph Henry, εργάστηκαν ο καθένας μόνος του, χωρίς να γνωρίζουν τι έκανε ο άλλος, και έφτασαν στο ίδιο συμπέρασμα: συμβαίνει και το αντίστροφο. Όταν ένας μαγνήτης περιστρέφεται μέσα σε ένα πηνίο, τότε μέσα στο πηνίο αρχίζει να ρέει ηλεκτρικό ρεύμα. Δηλαδή ο μαγνητισμός, με την κατάλληλη κίνηση, μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρισμό.
Το ηλεκτρικό ρεύμα δεν είναι παρά η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων μέσα σε έναν αγωγό. Αυτό ακριβώς προκαλεί η κίνηση ενός μαγνήτη με τον σωστό τρόπο: βάζει τα ηλεκτρόνια σε κίνηση.
Έχουμε λοιπόν δύο δρόμους που ενώνουν τον ηλεκτρισμό με τον μαγνητισμό:
- Από τον ηλεκτρισμό στον μαγνητισμό: ρεύμα μέσα σε αγωγό → μαγνητικές ιδιότητες (το ανακάλυψε ο Oersted).
- Από τον μαγνητισμό στον ηλεκτρισμό: περιστροφή μαγνήτη μέσα σε πηνίο → ροή ρεύματος (το ανακάλυψαν οι Faraday και Henry).
Επειδή τα δύο φαινόμενα είναι τόσο στενά δεμένα μεταξύ τους, ώστε είναι αδύνατο να μελετηθούν το ένα χωριστά από το άλλο, τα ονομάζουμε μαζί ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα.
Michael Faraday: με τον μαγνήτη στην τσέπη 🔬
Ο Michael Faraday γεννήθηκε το 1791 στην Αγγλία και αφιέρωσε ολόκληρη τη ζωή του στην προσπάθεια να αποδείξει πόσο στενά συνδέονται τα ηλεκτρικά με τα μαγνητικά φαινόμενα.
Από το 1820 ήταν ήδη γνωστό, χάρη στον Oersted, ότι το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί την κίνηση μαγνητών. Ο Faraday σκέφτηκε ότι μπορεί να ισχύει και το αντίστροφο: η κίνηση μαγνητών, με τον κατάλληλο τρόπο, να προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα.
Λέγεται ότι για πολλά χρόνια ο Faraday κουβαλούσε συνέχεια στην τσέπη του γιλέκου του ένα μικρό μαγνήτη και ένα πηνίο. Ήθελε να του θυμίζουν διαρκώς ότι δεν είχε καταφέρει ακόμα να ανακαλύψει τον τρόπο με τον οποίο η κίνηση ενός μαγνήτη μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα. Πίστευε όμως βαθιά στην ιδέα του και δεν τα παράτησε.
Η επιμονή του δικαιώθηκε: τον Αύγουστο του 1831 ο Faraday παρουσίασε το πείραμα που επιβεβαίωσε την ιδέα του και άνοιξε τον δρόμο για μία από τις πιο σημαντικές εφευρέσεις της ανθρωπότητας.
Γεννήτριες: από την κίνηση στο ρεύμα ⚙️
Οι γεννήτριες είναι οι συσκευές με τις οποίες προκαλούμε τη ροή ηλεκτρικού ρεύματος, μετατρέποντας ενέργεια διαφόρων μορφών σε ηλεκτρική ενέργεια. Η βασική τους αρχή λειτουργίας είναι αυτή που ανακάλυψε ο Faraday: μέσα στη γεννήτρια υπάρχει ένα πηνίο και ένας μαγνήτης που περιστρέφεται μέσα σε αυτό, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα.
Αυτό που αλλάζει από γεννήτρια σε γεννήτρια είναι ο τρόπος με τον οποίο βάζουμε τον μαγνήτη να περιστρέφεται. Ανάλογα με την πηγή ενέργειας που χρησιμοποιείται για την περιστροφή, έχουμε διαφορετικά είδη γεννητριών:
| Είδος γεννήτριας | Πώς περιστρέφεται ο μαγνήτης | Πού χρησιμοποιείται |
|---|---|---|
| Δυναμό ποδηλάτου | Από τη ρόδα, καθώς κάνουμε πεντάλ | Καθημερινή χρήση, φώτα ποδηλάτου |
| Βενζινοκίνητη / πετρελαιοκίνητη γεννήτρια | Από μικρό κινητήρα εσωτερικής καύσης | Περιοχές χωρίς δίκτυο ΔΕΗ, π.χ. καντίνα σε απομακρυσμένη παραλία |
| Ανεμογεννήτρια | Από την ενέργεια του ανέμου | Παραγωγή ρεύματος από αιολική ενέργεια |
| Θερμοηλεκτρικό εργοστάσιο | Από μεγάλους κινητήρες με πετρέλαιο ή λιγνίτη | Μεγάλης κλίμακας παραγωγή ρεύματος |
| Υδροηλεκτρικό εργοστάσιο | Από νερό που πέφτει ορμητικά σε υδροστρόβιλους | Μεγάλης κλίμακας παραγωγή ρεύματος |
Η πιο απλή και πιο γνωστή γεννήτρια που συναντάμε στην καθημερινή μας ζωή είναι το δυναμό που προσαρμόζεται στη ρόδα ενός ποδηλάτου: όσο κάνουμε πεντάλ, η ρόδα γυρίζει, ο μαγνήτης μέσα στο δυναμό περιστρέφεται και ανάβουν τα φώτα.
Οι περισσότερες γεννήτριες γενικής χρήσης είναι βενζινοκίνητες ή πετρελαιοκίνητες και τις χρησιμοποιούμε σε μέρη που δεν φτάνει το δίκτυο της ΔΕΗ, όπως μια καντίνα σε μια απομακρυσμένη παραλία. Στις ανεμογεννήτριες η περιστροφή του μαγνήτη γίνεται χάρη στην ενέργεια του ανέμου. Στα τεράστια εργοστάσια της ΔΕΗ η περιστροφή γίνεται με δύο τρόπους: στα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια από μεγάλους κινητήρες που καίνε πετρέλαιο ή λιγνίτη, ενώ στα υδροηλεκτρικά εργοστάσια χάρη στο νερό που πέφτει ορμητικά πάνω σε υδροστρόβιλους.
Μια γεννήτρια δεν δημιουργεί ενέργεια μόνη της — μετατρέπει ενέργεια που ήδη υπάρχει (κίνηση από πεντάλ, άνεμο, καύσιμο ή πέσιμο νερό) σε ηλεκτρική ενέργεια. Χωρίς αυτή την αρχική κίνηση του μαγνήτη μέσα στο πηνίο, καμία γεννήτρια δεν παράγει ρεύμα.