خودتان برق تولید کنید، شاید بنظر شوخی باشد، اما تولید برق با آهنربا امکان پذیر است. در این مقاله یک راهنمای گام به گام برای ساخت ژنراتور شخصی آورده شده است. البته در ابعاد کوچک در واقع تولید برق با آهنربا میتواند با این روش اتفاق بیفتد که خودتان آن را انجام دهید. ژنراتور صرفاً وسیلهای است که انرژی مکانیکی (که خود از زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی، باد، آب، واکنشهای هستهای یا سایر منابع به دست میآید) را به انرژی الکتریکی تبدیل میکند. در اینجا نحوه استفاده از مواد در دسترس برای ساختن یک ژنراتور ساده را شرح می دهیم. اگرچه فقط برای روشن کردن یک لامپ کوچک به اندازه کافی قدرتمند است، اما بر اساس همان اصول اولیه ژنراتورهای نیروگاهی که برق خانگی را تامین میکنند، کار میکند.
آهنربا و برق
چرخش الکترونها به دور هسته اتم یک میدان مغناطیسی کوچک ایجاد میکند و باعث تولید برق با آهنربا میشود. الکترونها در اکثر اجسام در جهتهای تصادفی میچرخند و نیروهای مغناطیسی آنها یکدیگر را خنثی میکنند. آهنرباها متفاوت هستند زیرا مولکولهای آهنربا طوری قرار گرفتهاند که الکترونهای آنها در یک جهت میچرخند. این آرایش و حرکت نیروی مغناطیسی ایجاد میکند که از یک قطب شمال و از یک قطب جنوب به بیرون سرازیر میشود. این نیروی مغناطیسی یک میدان مغناطیسی در اطراف آهنربا ایجاد میکند. آیا تا به حال دو آهنربا را نزدیک یکدیگر نگه داشتهاید؟ آنها مانند اکثر اشیا عمل نمیکنند. اگر بخواهید دو قطب شمال یا دو قطب جنوب را به هم فشار دهید، یکدیگر را دفع میکنند. اما اگر یک قطب شمال و یک قطب جنوب را کنار هم قرار دهید، آهنرباها به هم میچسبند زیرا قطب شمال و جنوب یکدیگر را جذب میکنند. درست مانند پروتونها و الکترونها، مخالفها در آهنربا جذب میشوند.
چگونگی کارکرد ژنراتور
برای تولید برق با آهنربا میتوانید ژنراتور بسازید، هنگامی که جریان الکتریکی از سیم عبور میکند، یک میدان نیروی مغناطیسی سه بعدی در اطراف سیم ایجاد میکند، مانند میدانی که یک آهنربای میلهای را احاطه کرده است. آهنرباها نیز توسط یک میدان سه بعدی مشابه احاطه شدهاند. اگر برادههای آهن روی کاغذی که روی آهنربا قرار داده شده پاشیده شوند، این را میتوان در دو بعد دید. برادهها در امتداد خطوط نیروی مغناطیسی اطراف آهنربا قرار میگیرند. نمایش دو بعدی میدان مغناطیسی اطراف آهنربای میله ای. فلش ها جهت خطوط نیروی مغناطیسی را نشان می دهند. N (شمال) و S (جنوب) قطب های آهنربا را نشان میدهد، جایی که خطوط نیرو متمرکز شده اند. قطب شمال آهنربا قطب شمال قطب نما یا آهنربای میله ای دیگر را دفع میکند، در حالی که قطب جنوب آن قطب شمال قطب نما یا آهنربای میله ای دیگر را جذب میکند. این شکلها و ویژگیها به ما میگوید که تولید برق با آهنربا امکان پذیر است.
ساده ترین ژنراتور فقط از یک سیم پیچ سیم و یک آهنربای میلهای تشکیل شدهاست و این همان روش تولید برق با آهنربا است. هنگامی که آهنربا را از وسط سیم پیچ فشار میدهید، جریان الکتریکی در سیم ایجاد میشود. جریان در یک جهت با فشار دادن آهنربا به داخل و در جهت دیگر با حذف آهنربا جریان مییابد. به عبارت دیگر یک جریان متناوب تولید میشود. اگر آهنربا را کاملاً ثابت در داخل سیم پیچ نگه دارید، هیچ جریانی ایجاد نمیشود. راه دیگر تولید جریان این است که آهنربا در داخل سیم پیچ بچرخد یا سیم پیچ به دور آهنربا بچرخد. تولید برق با آهنربا اینگونه صورت میگیرد. این روش تولید الکتریسیته که القایی نامیده میشود توسط مایکل فارادی در سال 1831 کشف شد. او دریافت که هر چه آهنرباها قویتر باشند، سیم پیچهای بیشتری در سیم پیچ میچرخد و هرچه حرکت آهنربا یا سیم پیچ سریعتر باشد، ولتاژ بیشتر میشود. فارادی همچنین مشاهده کرد که اگر سیم پیچ به دور یک هسته فلزی پیچیده شود کارآمدتر است، زیرا به تمرکز میدان مغناطیسی کمک میکند.
ساخت ژنراتور برای تولید برق با آهنربا
آنچه شما نیاز دارید، مقوا، میخ آهنی به طول 15 سانتی متر با قطر 6 میلی متر و سر بزرگ، پیچ و مهره به طول 8 تا 10 سانتی متر با قطر 6 میلی متر و مهره، سیم مسی 25 متری (30 swg یا تقریباً 0.3 میلی متر قطر)، آهنربا دکمه ایکلیپس E825 (با سوراخ ثابت)، لامپ 0.06 آمپر و نگهدارنده لامپ، یک رول نوار عایق، یک مته دستی است. حالا برای تولید برق با آهنربا چه باید کرد؟، ژنراتور شما متشکل از یک سیم پیچ است که نزدیک به یک آهنربا در حال چرخش است. دو دیسک مقوایی را به قطر تقریبی 3 سانتی متر برش دهید و یک سوراخ 4 تا 5 میلی متری در مرکز هر کدام ایجاد کنید. میخ را در سوراخ فرو کنید و یک دیسک را تا سر آن فشار دهید. 2 تا 3 سانتی متر بعدی سطح ناخن را با چند لایه نوار عایق بپوشانید. روی دیسک دیگر بلغزانید تا زمانی که به نوار چسبیده شود و سپس نوار بیشتری را در سمت دیگر آن بپیچید تا در موقعیت خود ثابت شود تا فاصله دیسک های مقوایی بیشتر از 2 تا 3 سانتی متر نباشد. 30 سانتیمتر یا بیشتر از سیم را از قرقره باز کنید تا یک سیم از سیم پیچ تشکیل شود و سیم باقیمانده را در اطراف نوار عایق بین دو دیسک مقوایی بپیچانید. برای پیگیری، ممکن است بعد از هر 100 چرخش، علامت تیک روی یک تکه کاغذ ایجاد کنید. تعداد چرخشها مهم نیست، اما هرچه بیشتر باشد بهتر است. 1500 باید انجام شود. پس از پوشاندن میخ با یک لایه چرخشی، به ساختن لایهها یکی روی دیگری ادامه دهید. شما مجبور نیستید کار خاصی انجام دهید. بعد از حدود 1500 دور، حدود 30 سانتی متر سیم را در انتهای دیگر خالی بگذارید و سپس سیم پیچها را با نوار عایق بپوشانید. یک سانتیمتر یا بیشتر از عایق دو سیم انتهایی را با خراش دادن مینای دندان جدا کنید و آنها را به نگهدارنده لامپ وصل کنید. لامپ را در نگهدارنده قرار دهید. تا اینجا برای تولید برق با اهنربا خوب جلو رفتهایم.
پیچ را از جای سوراخ شده در پایه آهنربا رد کنید و با سفت کردن مهره، آن را محکم کنید. پیچ را در چاک مته دستی ثابت کنید. در مرحله بعد، انتهای تیز ناخن را در یک زه (یا بین دو کتاب سنگین) ثابت کنید تا افقی شود. آهنربا را به حدود 1 میلی متر از سر میخ برسانید، که باید کمی از مرکز آهنربا در حال چرخش فاصله داشته باشد. اطمینان حاصل کنید که شکاف بین آهنربا و سر ناخن تا حد امکان کوچک است، اما نه آنقدر نزدیک که آنها را لمس کنند. یک نکته در اینجا این است که دستی را که قسمت ثابت مته را نگه میدارد روی میز قرار دهید تا در حد امکان ثابت بماند. دسته مته را تا جایی که میتوانید سریع بچرخانید و لامپ باید روشن شود. تولید برق واقعاً به همین سادگی است! آن هم تولید برق با آهنربا؟
تقریباً در هر شکلی از تولید الکتریسیته همانند تولید برق با اهنربا که از ژنراتور دوار استفاده میکند، از باد گرفته تا آب، هستهای و زیست توده مشابه است. تولید خورشیدی استثناست، اما از همان اصل ضربه زدن به دور الکترون ها استفاده میکند. به جای استفاده از میدان مغناطیسی برای شکستن الکترونها از اتمهای فلزی، پانلهای خورشیدی از فوتونهای نور خورشید برای الکترونهای آزاد از لایهای با بار منفی از فیلم سیلیکونی استفاده میکنند. سپس به لایهای از فیلم مثبت جذب میشوند که جریان الکتریکی ایجاد میکند که از هر پنل خورشیدی جمعآوری و هدایت میشود. در ابتدایی ترین حالت، تولید الکتریسیته ساده است و حتی زمانی که دنیا به ابزارهای تولید کم کربن روی می آورد، مفهوم ساده استفاده از مغناطیسی، فلز و حرکت در قلب آن باقی خواهد ماند.
منبع