Co je to homopolární generátor?
Homopolární generátor je typ elektrického generátoru, který produkuje stejnosměrný proud (DC) pomocí elektricky vodivého disku, který se otáčí uvnitř statického magnetického pole. Disk je v pravém úhlu k magnetickému poli, takže jeho rotace vytváří rozdíl elektrického potenciálu mezi středem disku a jeho okrajem. Štětkové kontakty spojují okraj disku s hřídelí, která disk otáčí. Polarita elektrického proudu závisí na směru otáčení vzhledem k magnetickému poli. Nazývá se „homopolární“ nebo „unipolární“, protože se používá pouze jeden pól magnetu.
Ve skutečnosti existují dva provozní režimy, ve kterých může homopolární generátor vyrábět energii. Stacionární magnet a rotující disk jsou nejčastější metodou, ale pokud se točí jak magnet, tak i disk, stále se generuje energie. To je možné díky Lorentzově síle, což je síla, kterou elektrony způsobují elektromagnetické pole.
Michael Faraday vynalezl homopolární generátor v 1831, vést k jednomu z jeho alternativních jmen, Faraday disk. Počáteční verze tohoto zařízení nebyly příliš účinnými zdroji elektrické energie, ale demonstrovaly principy, které nyní používají komutovaná dynama k výrobě stejnosměrného proudu. Neúčinnost časných homopolárních generátorů byla způsobena hlavně protiproudem proudu; magnet indukuje primární tok proudu na části disku, která je přímo pod magnetem, ale tento proud cirkuluje do oblastí disku, které jsou pryč od magnetického pole. Tento protiproud zahřívá disk spíše než produkující elektrický proud.
Moderní homopolární generátory tento problém částečně vyřeší uspořádáním řady magnetů po obvodu disku. To umožňuje, aby magnetické pole zůstalo stabilní od středu k okraji disku. Stupeň protiproudu je výrazně snížen, což zvyšuje účinnost generátoru.
Malý homopolární generátor, který se běžně používá pro demonstrační účely, produkuje pouze několik voltů, zatímco větší generátory, jako jsou generátory používané ve vědeckém výzkumu, mohou produkovat několik set voltů. Některé systémy elektrické výroby používají více homopolárních generátorů k výrobě tisíců voltů, ale obecně nemají mnoho praktických průmyslových využití. Homopolární generátor může být vyroben tak, aby měl velmi nízký odpor, takže může produkovat velká množství proudu, občas přesahující 1 milion ampér.