MOTOARELE ELECTRICE
Electricitatea fiind o forma foarte avantajoasa de energie,
generatoarele si motoarele electrice au o utilizare foarte larga de la motoare
pentru burghie si pana la locomotive. Electricitatea exista la crearea
materiei, intrucat materia este formata din atomi, care contin particule
incarcate electric, numite electroni si protoni. Vechii greci stiau ca frecand
o bucata de chihlimbar cu o bucata de panza, aceasta va atrage obiecte usoare,
dar nu aveau o explicatie a acestui fenomen. De fapt, frecarea genereaza
electricitate. Materialele neancaracte electric au un numar egal de electroni,
incarcati negativ si de protoni, incarcati pozitiv, care se neutralizeza
reciproc. Insa prin frecarea a doua materiale, se produce un transfer de
electroni de la unul la altul, dezechilibrand incarcarea lor electrica. Spre
exemplu, frecarea dintre nori, care sunt generatori naturali, determina
incarcarea lor cu energie. Uneori, aerul nu mai serveste ca izolator si atunci
electricitatea se scurge pe pamant, provocand fenomenul pe care il cunoastem
sub numele de fulger. Obiecte incarcate electric Termenii actuali de electron
sau electricitate sunt deviati din grecescul elektron, care inseamna cihlimbar.
Cu toate ca vechiii greci facusera un mare pas pe drumul unei noi descoperiri,
primul motor generator de electricitate a fost inventat abia in jurul anului
1600. Germanul Otto von Guerike a construit un motor simplu, care continea un
balon cu sulf. Balonul era pus in miscare prin rotirea unui maner; tinand in
acelasi timp o mana pe balon, aceasta se incarca electric din cauza frecarii.
Pana in anii 1800 au fost inventate mai multe generatoare de energie de acest
tip. Un alt tip este generatorul care functioneaza prin inductie
electrostatica. Acest proces presupune incarcarea cu energie a unui obiect prin
aproprierea lui la un alt obiect, incarcat energetic. Generatoarele prin
inductie au ca principiu de functionare colectarea sarcinilor induse pentru a
genera o tensiune inalta. Unul dintre aceste motoare, construit in anul 1883 de
James Winshurst, este folosit si astazi in demonstratii de laborator, pentru a
genera o energie de pana la 50.000 de volti, uneori chiar mai mult. Motorul cu
megavolti Unul dintre generatoarele prin inductie des folosite este cel
inventat in anul 1931 de Van de Graaff. O curea confectionata dintr-un material
izolant transmite energia unei sfere metalice, care ajunge in cele din urma la
cateva milioane de volti. Generatorul electric de tip Van de Graaff este
utilizat pentru a testa materiale izolante care trebuie sa reziste la tensiuni
mari. De asemenea, acest tip de generator este utilizat in cercetarea nucleara,
tensiunea inalta fiind folosita pentru accelerarea vitezei particulelor de
subatomi. Cu toate ca generatoarele prin frecare si inductie genereaza o
tensiune foarte inalta, ele nu pot genera curent continuu.
Aceasta nevoie a fost satisfacuta doar la sfarsitul anilor
1970, cand omul dee stiinta italian Alessandro Volta a inventat prima baterie,
inventie care a condus lla utilizarea electricitatii pentru iluminat la
sfarsitul secolului XIX. Chiar daca bateria este o sursa convenabila de
electricitate utilizata in multiple scopuri, ea se uzeaza si trebuie sa fie
schimbata. Asadar, bateria nu este o sursa potrivita pentru a genera curent electric
unei intregi comunitati Experientele de la inceputul secolului al XIX-lea au
dus la dezvoltarea generatoarelor moderne. Oersted si Ampere In anul 1819,
profesorul danez Hans Oersted a descoperit faptul ca un fir conductor de
curntul elctric poate influenta acul unei busole. Oersted a descoperit astfel
electromagnetismul-magnetismul produs de electricitate. In anul 1821, omul de
stiinta francez Andre Ampere a demonstrat un efect asemanato- un fir conductor
de curent electric aflat in aproprierea unui magnet puternic se misca sub
influenta acestuia. Acesta este principul care sta la baza functionarii unui
motor electric. Demonstratia lui Ampere era foarte interesanta, insa nu-si
gasea nici o aplicatie. Doar ca firul se misca putin la pornirea curentului electric.
In acelasi an, omul de stiinta englez Michael Farady a construit un motor care
utiliza electricitatea pentru a genera miscare continua. El a suspendat un fir,
cu capatul de jos ajungand intr-un recipent cu mercur, in mijlocul caruia a
plasat si un magnet, in forma de bara. Conectand capatul de sus al firului si
mercurul la o baterie, el a facut firul sa se roteasca in jurul magnetului.
Rotatii electrice Rotatile electrice ale lui Farrady, cum au fost numite,
demonstreaza principul de baza care sta la baza functionarii motoarelor
electrice din zilele noastre. Primul motor electric care a dat rezultate
practice este cel inventat de inginerul american Thomas Davenport, in 1837,
care l-a folosit pentru a pune in miscare un burghiu si un strung electric.
Dupa ce a reusit sa foloseasca electricitatea pentru a
produce miscare, Faraday a cautat apoi cai de a folosi miscarea pentru a
produce electricitate. In 1831, el a demonstrat ca daca se apropie un magnet in
forma de bara de o bobina, printr-un aparat conectat la bobina trece curent
electric. De asemenea, o bobina genereaza mai mult curent decat un singur fir
conductor. Curent electric pentru populatie Faraday a fost primul care a
folosit un efect electromagnetic pentru a genera electricitate, demonstratie
care a stat mai apoi la baza inventiei unei masini cu utilizare practica. La
sfarsitul anului 1870 au fost construite generatoare puternice, iar in 1881, a
fost pusa in functiune prima centrala electrica, la Goldaming, in Anglia.
Aceasta a fost, de asemenea, si prima centrala hidro-electrica, generatorul
fiind pus in functiune de apa. Lampele de ulei din casele oamenilor au fost
inlocuite de instalatii electrice, iar primaria a platit in jur a 200 de lire
pe an pentru a ilumina strazile orasului. Insa in comparatie cu iluminatul cu
petrol, noul sistem era mult mai scump, motiv pentru care nu a atras prea multi
clienti. Drept urmare, hidrocentrala a fost inchisa la numai doi ani si
jumatate de la construire. Pima centrala electrica construita la Londra a avut
parte de o reactie mult mai buna. Viteza trecerii magazinelor, a fabricilor, a
hotelurilor la noul sistem de luminat demonstra acum lumii intregi, ca
generarea curentului electric avea sa devina o industrie de baza. Un motor
electric simplu este construit dintr-o bobina plasata pe un ax in asa fel incat
sa se poata rotii intre polii unui magnet in forma de potcoava. Bobina se
comporta ca un electromagnet, fiind magnetizata de trecerea curentului electric
prin ea. Un miez de fier plasat in interiorul bobinei amplifica efectul
magnetic produs. Motoare cu curent continuu Curentul continuu este un curent
electric care circula intodeauna in aceeasi directie dinspre o baterie sau
orice alta sursa. Daca se conecteaza o baterie la bobina unui motor electric
simplu, aceasta se comporta ca un magnet, avand la un capat polul nord si la
celalalt polul sud. Intrucat polii opusi se atrag, polul nord al bobinei este
atras de polul sud al magnetului permanent, iar polul sud al bobinei este atras
de polul nord al magnetului permanent. Aceste forte de atractie produc rotirea
bobinei. Totusi, un schimbator automat numit comutator schimba directia de
circulatie a curentului electric prin bobina. Comutatorul unui motor de curent
continuu, simplu este alcatuit dintr-un inel de cupru taiat in doua si instalat
pe un material izolator, pe axa de rotatie. Capetele bobinei sunt conectate la
cele doua capete ale inelului. Curentul electric circula prin intermediul unei
perechi de carbuni numiti perii, conectati la partile opuse ale comutatorului.
Rotatia axului face ca fiecare din perii sa fie conectata pe rand la polii
bobinei. Motoare cu curent alternativ Curentul alternativ isi schimba de regula
pozitia de 50 sau 60 de ori pe secunda. Unele motoare care functioneaza cu
curent alternativ au un rotor alimentat, cu curent prin intermediul unui
comutator, la fel ca si in cazul motoarelor cu curent continuu. Insa la
majoritatea motoarelor cu curent alternativ, rotorul nu este conectat, motorul
functionand astfel pe baza unui principiu numit inductie. Curentul alternativ
care circula prin fluxul statorului produc un camp magnetic, ca si cel produs
de rotirea unui magnet permanent. Acest punct mobil produce un camp in
fluxurile rotorului, magnetizandu-l. Astfel, el se roteste, din cauza respingerii
polilor sai de catre campul magnetic care il inconjoara. Rotorul poate fi
prelucrat din bare de cupru sau de aluminiu, conectate la capete de doua inele
metalice. Ansamblul rotorului seamana cu o cusca, motiv pentru care acestui tip
de motor i se mai spune si motor-cusca de veverita.
Generatorul electric
Daca rotorul unui motor simplu de curent continuu este
actionat manual, acest motor va functiona ca un genertaor electric. In bobina
va fi indusa o tensiune alternativa, care atinge un nivel maxim in momentul in
care polii bobinei ajung in dreptul polilor magnetului permanent. Apoi
tensiunea scade la zero, dupa care isi schimba directia, atingand nivelul maxim
in momentul in care polii bobinei trec in dreptul celorlalti poli ai magnetului
permanent. Bobina poate fi magnetizata daca cele doua capete sunt conectate la
cele doua inele de cupru montate pe axul rotorului. Prin frecarea periilor de
inele de cupru, acestea preiau tensiunea si astfel se formeaza curent
alternativ, daca sistemul este conectat la un circuit electric. Acest generator
este un alternator- un motor care genereaza curent alternativ.
