Wat is een homopolaire generator?
Een homopolaire generator is een type elektrische generator die gelijkstroom (DC) produceert met behulp van een elektrisch geleidende schijf die roteert binnen een statisch magnetisch veld. De schijf staat in een rechte hoek ten opzichte van het magnetische veld, dus de rotatie ervan creëert een elektrisch potentiaalverschil tussen het midden van de schijf en zijn rand. Borstelcontacten verbinden de rand van de schijf met de as die de schijf roteert. De polariteit van de elektrische stroom is afhankelijk van de draairichting ten opzichte van het magnetische veld. Het wordt "homopolair" of "unipolair" genoemd omdat slechts één pool van de magneet wordt gebruikt.
Er zijn eigenlijk twee bedrijfsmodi waarin een homopolaire generator energie kan produceren. De stationaire magneet en roterende schijf is de meest gebruikelijke methode, maar als zowel de magneet als de schijf draaien, wordt er nog steeds stroom gegenereerd. Dit is mogelijk vanwege de Lorentz-kracht, de kracht die de elektronen veroorzaken door het elektromagnetische veld.
Michael Faraday vond de homopolaire generator in 1831 uit, leidend tot een van zijn alternatieve namen, de Faraday-schijf. Vroege versies van dit apparaat waren niet bijzonder efficiënte bronnen van elektrische energie, maar ze demonstreerden de principes die nu worden gebruikt door gecommuteerde dynamo's om gelijkstroom te produceren. De inefficiëntie van vroege homopolaire generatoren was voornamelijk te wijten aan de tegenstroom van stroom; de magneet induceert de primaire stroom van het deel van de schijf dat zich direct onder de magneet bevindt, maar deze stroom circuleert naar delen van de schijf die zich buiten het magnetische veld bevinden. Deze tegenstroom verwarmt de schijf in plaats van elektrische stroom te produceren.
Moderne homopolaire generatoren lossen dit probleem gedeeltelijk op door een reeks magneten rond de omtrek van de schijf aan te brengen. Hierdoor blijft het magnetische veld stabiel van het midden naar de rand van de schijf. De mate van tegenstroom is sterk verminderd, wat de efficiëntie van de generator verhoogt.
Gewoonlijk gebruikt voor demonstratiedoeleinden, produceert een kleine homopolaire generator slechts een paar volt, terwijl grotere generatoren, zoals die gebruikt in wetenschappelijk onderzoek, een paar honderd volt kunnen produceren. Sommige elektrische generatiesystemen gebruiken meerdere homopolaire generatoren om duizenden volt te produceren, maar over het algemeen hebben ze niet veel praktische industriële toepassingen. Een homopolaire generator kan worden gemaakt om een zeer lage weerstand te hebben, zodat deze grote hoeveelheden stroom kan produceren, soms meer dan 1 miljoen ampère.