20-05-2017  (2209 lectures) Categoria: Generadors

Generador homopolar - unipolar - mono polar

Anar a navegarAnar a la cerca
El disc de Faraday, el primer generador homopolar

Un generador homopolar, generador unipolar, disc dinamo o disc Faraday,és un generador elèctric DC que consisteix en un disc conductiu que gira sobre un pla perpendicular a un camp magnètic estàtic i uniforme. S'origina, entre el centre del disc i la vora, una diferència de potencial, depenent de la polaritat depèn de la direcció de rotació i l'orientació del camp magnètic.

La tensi√≥ √©s generalment baixa, en l'ordre d'uns pocs volts en el cas de petits models per a demostracions, per√≤ els grans generadors per a la investigaci√≥ poden produir centenars de volts, i alguns sistemes tenen m√ļltiples generadors en s√®rie per produir encara m√©s tensi√≥.1√Čs estrany que pugui generar un gran flux el√®ctric, alguns d'ells m√©s d'un mili√≥ d'ampls, ja que els generadors homopolars es poden crear de tal manera que tenen una resist√®ncia interna molt petita.

Disc de Faraday


Disc de Faraday

El generador homopolar va ser desenvolupat per primera vegada¬†per Michael Faraday durant els seus experiments el 1831. √Čs conegut com¬†disc¬†de Faraday en el seu honor. Va ser l'inici de¬†les dinamos modernes, √©s a dir, dels generadors el√®ctrics que operen mitjan√ßant un¬†camp magn√®tic. Era molt eficient i no tenia cap √ļs com a font d'alimentaci√≥ pr√†ctica, per√≤ va demostrar la possibilitat de generar electricitat utilitzant magnetisme i va obrir la porta als interruptors, dinamos DC i finalment als alternadors actuals.

L'√†lbum de Faraday va ser inicialment ineficient a causa dels contrafluxs actuals. Mentre que un flux s'indueix directament sota l'imant, el corrent circula en direcci√≥ contr√†ria en regions fora de la influ√®ncia del camp magn√®tic. Aquest contraflux limita la pot√®ncia de sortida als cables i causa la p√®rdua del sobreescalfament del disc de coure. Els motors homopolars posteriors van resoldre aquest problema mitjan√ßant l'√ļs d'una s√®rie d'imants disposats al voltant del per√≠metre del disc per mantenir el camp radialment constant des del centre fins a la vora i les √†rees on es va produir el contraflux.

Desenvolupament del generador homopolar

Les restes del generador ANU 500MJ

Molt després que el disc original de Faraday va ser abandonat com un generador pràctic, es va desenvolupar una versió modificada que combinava l'imant i el disc en una sola part giratòria anomenada rotor. De vegades el terme generador homopolar s'utilitza per referir-se a aquest entorn. Una de les primeres patents generals per a generadors homopolars va ser A.F. Delafield, USPTO Patent No. 278516. Altres patents primerenques de generadors homopolars van ser concedides a S.Z. Ferranti i C. Batchelor per separat. Nikola Tesla estava interessat en l'àlbum i va realitzar diverses obres amb l'àlbum de Faraday.2Fins i tot va patentar una versió millorada del dispositiu i la seva Patent ("Dinamo Electric Machine") descriu una alineació de dos discos en paral·lel amb nanses paral·leles unides com una politja per una cinta mecànica. Cada disc té un camp oposat a l'altre, de manera que el flux actual va d'una vareta a la vora del disc, a través de la cinta fins a la vora de l'altre disc i al segon eix. Això va reduir considerablement les pèrdues causades per la fricció. Posteriorment es van concedir patents a C. P. Steinmetz i E. Thomson pel seu treball amb generadors homopolars. La dinamo forbes, desenvolupadaper l'enginyer elèctric escocès George Forbes,va ser àmpliament utilitzada a principis del segle XX. Gran part del desenvolupament dut a terme pels generadors homopolars va ser patentat per Jakob E. Noeggerath i Rudolf Eickemeyer.

Un dels majors generadors homopolars va ser desenvolupat per Parker Kinetic Designs amb la col¬∑laboraci√≥¬†de Richard Marshall, William Weldon i Herb Woodson. Parker Kinetic Designs ha produ√Įt dispositius que poden generar 5 mega amperes. Un altre gran generador monopolar va ser constru√Įt¬†per Sir Mark Oliphant a¬†l'Escola de Recerca de Ci√®ncies F√≠siques i Enginyeria, Universitat Nacional¬†d'Austr√†lia. Va ser capa√ß d'emmagatzemar fins a 500 megajoules d'energia3i va ser utilitzat com a font de corrent per a experiments des de 1962 fins que va ser desarmada el 1986. La construcci√≥ d'Oliphant va ser capa√ß de subministrar corrents de fins a 2 megaamps.

Descripció i funcionament

Generador del tipus de disc

Generador bàsic de faraday

Aquest dispositiu consisteix en un disc conductiu flotant giratori en un camp magnètic amb un contacte elèctric prop de l'eix i un altre al perímetre. S'ha utilitzat per generar corrents molt alts amb baixa tensió per a la investigació en electròlisi, soldadura i canó ferroviari. En aplicacions energètiques polsants, el moment angular del rotor s'ha utilitzat per emmagatzemar energia durant un gran període de temps i després alliberar-lo en un curt període.

En contrast amb altres tipus de generadors, el voltatge de sortida mai canvia la polaritat. La separació de càrrega prové de la força de Lorentz en càrregues lliures del disc. El moviment és azimut i el camp és axial, de manera que la força electromotora és radial. Els contactes elèctrics es fan comunament a través de pinzells o col·leccionistes, produint grans pèrdues per als pocs volts generats. Algunes d'aquestespèrdueses poden reduir utilitzant mercuri o altres metalls o aliatges fàcilment liquifiables (gallium, NaK)com a pinzell, per proporcionar contacte elèctric ininterromput.

Si el camp magnètic és proporcionat per un imant constant, el generador funciona independentment de si l'imant és estàtic o gira amb el disc. Abans del descobriment de l'electró de Lorentz i la llei de força, el fenomen era inexplicable i era conegut com la paradoxa de Faraday.

Generador de tambors

Un generador homopolar tipus tambor té un camp magnètic (B) que irradia radialment des del centre del tambor i indueix tensió al llarg del tambor.

Inductors unipolars astrofísics

Els inductors unipolats es produeixen en astrofísica quan un conductor gira a través d'un camp magnètic, per exemple, amb el moviment de plasma altament conductor en la ionosfera d'un cos còsmic a través del seu camp magnètic. En el seu llibre, Cosmical Electrodynamics, Hannes Alfvén, i Carl-Gunne Fulthammar van escriure:

At√®s que els n√ļvols c√≤smics de gas ionitzat solen ser magnetitzats, el seu moviment produeix camps el√®ctrics indu√Įts (...) Per exemple, el moviment del plasma magnetitzat interplanetari produeix camps el√®ctrics essencials per a la creaci√≥ d'aurores i tempestes magn√®tiques(...)

(...) la rotació d'un conductor en un camp magnètic produeix un camp elèctric en el sistema en repòs. Aquest fenomen és ben conegut a través d'experiments de laboratori i generalment s'anomena inducció homopolar o unipolar.
Electrodin√†mica C√≤smica (1963)4‚Äč

Les induccions unipolades s'han associat amb l'aurora¬†d'Ur√†,5estrelles bin√†ries,6‚Äč7forats negres,8‚Äč9Gal√†xies10la interacci√≥ de la¬†Lluna Io amb la magnetosfera¬†de J√ļpiter,11‚Äč12la¬†Lluna,13‚Äč14el vent solar,15taques solars,16‚Äč17i el sle magn√®tic de¬†Venus.18‚Äč

Explicació física

Com totes les dinamos, el disc de Faraday converteix l'energia cinètica en energia elèctrica. Aquesta màquina es pot analitzar utilitzant la pròpia llei d'inducció electromagnètica de Faraday. Aquesta llei (en la seva versió actual) estableix que un flux elèctric s'indueix en un circuit elèctric tancat quan el flux magnètic dins del circuit canvia, ja sigui en magnitud o direcció. Per al disc de Faraday és necessari però considerar que el circuit consisteix en cada "raig" datial del disc que es connecta a l'eix i el perímetre i a través d'un circuit extern.

La¬†llei de la for√ßa lorentz es pot utilitzar per explicar m√©s f√†cilment el comportament d'aquesta m√†quina. Aquesta llei, descoberta 60 anys despr√©s de la mort de Faraday, indica que la for√ßa d'un electr√≥ √©s proporcional al¬†producte vectorial dels seus vectors de velocitat i flux magn√®tic. En termes geom√®trics aix√≤ significa que la for√ßa √©s perpendicular tant per a la velocitat (azimut) com per al camp magn√®tic (axial), de manera que es produeix en una direcci√≥ radial. El moviment radial dels electrons de disc produeix una difer√®ncia potencial entre el centre del disc i el seu final, de manera que si el circuit es completa, es produir√† un corrent el√®ctric.19‚Äč

Vegeu també

Referències externes

Referències i lectura addicional

Notes

  1. Losty, H.H.W & Lewis, D.L. (1973) Màquines Homopolars. Transaccions filosòfiques per a la Royal Society de Londres. Sèrie A, Ciències Matemàtiques i Físiques. 275 (1248), 69-75
  2. Nikola Tesla,¬ęNotes sobre un Dinamo Unipolar¬Ľ. L'enginyer el√®ctric, N.Y., 2 de setembre de 1891. (Tamb√© disponible en tesla.hu,¬†article 18910902)
  3. J.W. Blamey, P.O. Carden, L.U. Hibbard, E.K. Inall, R.A. Marshall i Sir Mark Oliphant, "El gran generador homopolar a Canberra: proves inicials", Natura, 195 (1962), pp. 113-114.
  4. Hannes Alfv√©n i Carl-Gunne Fulthammar,¬†Electrodin√†mica C√≤smica (1963) 2a ed. Oxford Univ. Premsa. Vegeu el segon. Camp el√®ctric indu√Įt en mat√®ria de moviment uniforme.
  5. Tur√≥, T. W.; Dessler, A. J.; Rassbach, M. E.,"[http://adsabs.harvard.edu/abs/1983P%26SS...31.1187H Aurora a Ur√† ‚Äď Mecanisme de Disc de Dinamo de Faraday" (1983)¬†Ci√®ncia Planet√†ria i Espacial (ISSN 0032-0633), vol. 31, octubre de 1983, p. 1187-11983
  6. Hannes Alfv√©n, ¬ęSur l'origine de la radiation cosmique¬Ľ [Sobre l'origen de la radiaci√≥ c√≤smica], Comptes Rendus, 204, pp.1180‚Äď1181 (1937)
  7. Hakala, Pasi¬†et al., ¬ęSpin up in RX J0806+15: el per√≠ode m√©s curt binari¬Ľ (2003) Av√≠s mensual de la Royal Astronomical¬†Society,Volum 343, N√ļmero 1, pp. L10‚ÄďL14
  8. Cremades, M.L.; Lovelace, R. V. E.,¬ęTeoria de dutxes d'electron-positronsen fonts de r√†dio dobles ¬Ľ (1982)¬†Diari astrof√≠sic, Part 1, vol. 262, 1 nov. 1982, p√†g.
  9. Shatskii,¬†A.A.,"Inducci√≥ unipolar d'un disc d'acreci√≥ magnetitzada al voltant d'un forat negre",(2003)¬†Cartes d'astronomia, vol. 29, p. 153‚Äď157
  10. Per¬†Carlqvist,"Corrents el√®ctrics c√≤smics i la relaci√≥ bennett generalitzada"(1988)¬†Astrof√≠sica i Ci√®ncies de l'Espai (ISSN 0004-640X), vol. 144, n 1‚Äď2, maig de 1988, pp. 73-84.
  11. Goldreich, P.; Lynden-Bell, D.,¬ęIo, un inductor unipolar jovian¬Ľ (1969)¬†Astrof√≠sies. J., vol. 156, pp. 59‚Äď78 (1969).
  12. Strobel, Darrell F.;¬†et al., ¬ę Telescopi Espacial Hubble ImatgeEspectrografia Recerca d'una Atmosfera en Callisto: Un Inductor Unipolar Jovian¬Ľ (2002)¬†El Diari Astrof√≠sic,Volum 581, N√ļmero 1, pp. L51-L54
  13. Sonett, C.P.; Colburn, D.S.,¬ęEstabliment d'un Generador Unipolar Lunar i Xoc Associat i Despertar pel Vent Solar¬Ľ (1967)¬†Naturalesa, vol. 216, 340‚Äď343.
  14. Schwartz, K.; Sonett, C.P.; Colburn, D.S.,¬ęInducci√≥ unipolar a la Lluna i un mecanisme de xoc de les extremitats lunars¬Ľ a la Lluna, Vol. 1, p.7
  15. Srnka, L. J.,¬ęInducci√≥ unipolar limitadaper beina en el vent solar ¬Ľ (1975)¬†Astrof√≠sica i Ci√®ncies de l'Espai', vol. 36, agost de 1975, pag. 177-204. 177-204.204 .174.2
  16. Yang, Hai-Shou,¬ęUna for√ßa ‚Äď teoria de camp lliure de bengales solars I. Taques solars Unipolar ¬Ľ Astronomia i Astrof√≠sica Xinesa, Volum 5, N√ļmero 1, pag. 77-83.
  17. Osherovich, V.A.; Garcia, H. A.,¬ęCorrent el√®ctric en una taques solars unipolars amb un camp sense tor√ßar¬Ľ(1990)¬†Cartes d'Investigaci√≥ Geof√≠sica (ISSN 0094-8276), vol. 17, nov. 1990, pag. 2273-2276.
  18. Eroshenko, E. G.,¬ęEfectes d'inducci√≥ unipolar a la cua magn√®tica venusiana¬Ľ (1979) Kosmicheskie Issledovaniia, vol. 17, gener.‚Äďfebrer de 1979, p. 93-10
  19. La teoria de camps electromagnètics, 2ª ed. per Bo Thidé, Departament de Física i Astronomia, Universitat d'Uppsala, Suècia Arxivat 17 setembre 2003 a la Wayback Machine.

Referències generals

Lectura addicional

  • Richard A. Marshall i William F. Weldon, "Selecci√≥ de par√†metres per a generadors homopolars utilitzats com a botigues d'energia polsada", Center for Electromechanics, University of Texas, Austin, Jul. 1980. (tamb√© publicat a: M√†quines el√®ctriques i electromec√†nica, 6:109‚Äď127, 1981.)

Enllaços externs




versió per imprimir

Comentaris publicats

    Afegeix-hi un comentari:

    Nom a mostrar:
    E-mail:
    Genera una nova imatge
    Introdu√Įu el codi de seguretat
    Accepto les condicions d'ús següents:

    Per a participar en els comentaris l'usuari es compromet a complir i acceptar les següents normes bàsiques de conducta:

    • Respectar les opinions de la resta dels participants al fòrum, tot i no compartir-les necessàriament.
    • Abstenir-se d'insultar o utilitzar un llenguatge ofensiu, racista, violent o xenòfob, i no tenir cap conducta contrària a la legislació vigent i a l'ordre públic.
    • No enviar cap contingut amb copyright sense el permís del propietari. Si es considera oportú facilitar continguts d'internet amb copyright, cal escriure la URL completa perquè els altres usuaris puguin enllaçar-hi i descarregar-se els continguts des de la pàgina propietària.
    • Publicitat: No es permet enviar continguts promocionals i/o publicitaris.