كيفية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية

بشكل عام تعمل البطاريات عادةً على تحويل الطاقة الكيميائية إلى كهرباء، كما تنتج الخلية الشمسية الكهرباء من طاقة الشمس، ولكن إذا كنا قد نريد إنتاج الكهرباء من الطاقة الميكانيكية فأننا فعلاً بحاجة إلى مولد تحريض، ويمكن أن تكون هذه المولدات صغيرة بما يكفي لتشغيل مصباح يدوي أو كبير بما يكفي لتنشيط مدن بأكملها، وإن جميع هذه المولدات تعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي الذي اكتشفه مايكل فاراداي (الفيزيائي والمخترع الإنجليزي) في القرن التاسع عشر، وحالياً تعمل هذه المولدات الحثية على أنواع مختلفة من الوقود لتزود الكهرباء لمعظم سكان العالم.

ربما تكون تجربة الفيزيائي فاراداي الحثية واحدة من أهم التجارب في الفيزياء وكانت بسيطة نسبياً، حيث قام بلف سلك موصل حول قلب دائري وربط السلك بمتر، ومن ثم وجد أن تحريك المغناطيس عبر مركز الدائرة يتسبب في تدفق التيار في السلك، كما لاحظ أنه عندما توقف عن تحريك المغناطيس توقف التيار – ثم تدفق في الاتجاه المعاكس، ولاحقاً صاغ فاراداي قانون الحث الكهرومغناطيسي المعروف الآن باسم قانون فاراداي، والذي قد ربط قوة التيار بحجم تغير المجال المغناطيسي المعروف أيضاً باسم التدفق المغناطيسي.

سواء كانت المولدات الحثية موجودة في: المرافق المنزلية أو محطات الطاقة النووية فإن هذه المولدات تشتمل بشكل عام على نفس الميزات، حيث أنها تشتمل على دوار بنواة مجوفة تدور حول الجزء الثابت، وعادةً ما يكون الجزء الثابت هو مغناطيساً قوياً يتم فيه لف الملفات لتحمل الكهرباء حول الدوار، ومع ذلك في بعض المولدات الحديثة تُلف الملفات حول الجزء الثابت ويكون هذا الجزء المتحرك ممغنطاً.

وهنا يأتي دور مدخلات الطاقة الميكانيكية، حيث تستفيد بعض المولدات الكبيرة من مجموعة متنوعة من الوقود والعمليات الطبيعية لتوليد الطاقة، ومع كل دوران للعضو الدوار يتوقف التدفق الحالي، ومن ثم ينعكس، وأخيراً يتوقف مرة أخرى ويعود إلى الاتجاه الأمامي، وقد يسمى هذا النوع من الكهرباء بالتيار المتردد.

عادةً ما يتم توصيل الجزء المتحرك في معظم المولدات بالتوربينات، وفي العديد من محطات التوليد قد يتم تشغيل التوربين بالبخار، والطاقة مطلوبة هنا لتسخين المياه لإنتاج هذا البخار، ويمكن توفير هذه الطاقة عن طريق الوقود الأحفوري مثل: الفحم والغاز الطبيعي أو الكتلة الحيوية أو حتى الانشطار النووي، ويمكن أن يأتي الوقود أيضاً من مصادر طبيعية مثل: الطاقة الحرارية الأرضية.