Co to jest generator homopolarny?

Generator homopolarny jest rodzajem generatora elektrycznego, który wytwarza prąd stały (DC) za pomocą elektrycznie przewodzącego dysku, który obraca się w statycznym polu magnetycznym. Dysk jest pod kątem prostym do pola magnetycznego, więc jego obrót tworzy różnicę potencjałów elektrycznych między środkiem dysku a jego obrzeżem. Styki szczotkowe łączą krawędź dysku z wałem, który obraca dysk. Biegunowość prądu elektrycznego zależy od kierunku obrotu w stosunku do pola magnetycznego. Jest określany jako „homopolarny” lub „jednobiegunowy”, ponieważ używany jest tylko jeden biegun magnesu.

W rzeczywistości istnieją dwa tryby działania, w których homopolarny generator może wytwarzać energię. Stacjonarny magnes i tarcza obrotowa są najczęstszą metodą, ale jeśli zarówno magnes, jak i tarcza obracają się, energia jest nadal generowana. Jest to możliwe dzięki sile Lorentza, która jest siłą elektronów wywołanych przez pole elektromagnetyczne.

Michael Faraday wynalazł homopolarny generator w 1831 roku, co doprowadziło do jednej z jego alternatywnych nazw, dysku Faraday. Wczesne wersje tego urządzenia nie były szczególnie wydajnymi źródłami energii elektrycznej, ale zademonstrowały zasady stosowane obecnie przez komutowane dynama do wytwarzania prądu stałego. Nieefektywność wczesnych generatorów homopolarnych wynikała głównie z przeciwprądu prądu; magnes indukuje pierwotny przepływ prądu w części dysku, która znajduje się bezpośrednio pod magnesem, ale prąd ten krąży w kierunku obszarów dysku, które są oddalone od pola magnetycznego. Ten przeciwprąd nagrzewa dysk zamiast wytwarzać prąd elektryczny.

Współczesne generatory homopolarne częściowo rozwiązują ten problem, umieszczając szereg magnesów na obwodzie dysku. Dzięki temu pole magnetyczne pozostaje stabilne od środka do krawędzi dysku. Stopień przeciwprądu jest znacznie zmniejszony, co zwiększa wydajność generatora.

Mały homopolarny generator, powszechnie stosowany do celów demonstracyjnych, wytwarza tylko kilka woltów, podczas gdy większe generatory, takie jak te wykorzystywane w badaniach naukowych, mogą wytwarzać kilkaset woltów. Niektóre systemy generacji elektrycznej wykorzystują wiele homopolarnych generatorów do wytworzenia tysięcy woltów, ale generalnie nie mają one wielu praktycznych zastosowań przemysłowych. Generator homopolarny może mieć bardzo niską rezystancję, dzięki czemu może wytwarzać duże ilości prądu, czasami ponad 1 milion amperów.