Elektrivoolugeneraator

U-magneti harude vahel asuv juhe hakkab liikuma, kui selles tekitada elektrivool. Kas esineb ka vastupidine nähtus – kas juhtmes tekib vool, kui seda U-magneti harude vahel liigutada? Sellele küsimusele hakkasid vastust otsima mitmed füüsikud. Probleemi lahendas Inglise füüsik Michael Faraday.

Faraday alustas uuringutega 1822. aastal. Legendi järgi kandis ta sellest ajast alates taskus magnetit ja traadijuppi. Võib-olla selleks, et pidada meeles püstitatud eesmärki, või hoopis selleks, et saaks kontrollida tärganud ideesid. Faradayl kulus oma eesmärgi teostamiseks ligi kümme aastat. Tema päevikutes on kirjas, et 29. augustil 1831. aastal õnnestus katse, millega ta avastas elektromagnetilise induktsiooni nähtuse.

U-magneti harude vahele on paigutatud galvanomeetriga ühendatud sirgjuhe.

Kui juhet liigutada piki magneti harusid, tekib juhtmes elektrivool.

Kui juhet piki magneti harusid liigutada, näitab galvanomeeter voolu olemasolu juhtmes. Vool kestab seni, kuni juhe liigub. Kui juhe on magneti harude vahel paigal või kui seda liigutada pooluste vahel risti magneti harudega ühe pooluse juurest teise juurde, siis juhtmes voolu ei teki. Ka paigalolevas juhtmes võib tekkida vool, kuid ainult siis, kui liigutada magnetit juhtme suhtes. Magnetit tuleb liigutada nii, et juhe oleks kord magneti harude vahel, kord mitte.

U-magneti pooluste vahel on magnetvälja jõujooned risti magneti harudega. Eelneval joonisel esitatud katsest nähtub, et vool tekib juhtmes ainult siis, kui magneti harude vahel liikuv juhe piltlikult öeldes „lõikab” magnetvälja jõujooni. Ühe pooluse juurest teise juurde liikuv juhe liigub aga piki magnetvälja jõujooni. Piki jõujooni liikuv juhe neid ei lõika ja selliselt liikuvas juhtmes voolu ei teki.

Elektromagnetilise induktsiooni nähtus avaldub selles, et magnetväljas liikuvas juhtmes tekib elektrivool, kui juhe lõikab magnetvälja jõujooni. Juhtmes tekkinud elektrivoolu nimetatakse induktsioonivooluks. Sõna induktsioon tuleneb ladina­keelsest sõnast inductio – ʻergutamine’.

Induktsioonivoolu suund sõltub juhtme liikumise suunast magnetvälja jõujoonte suhtes. Kui juhtme viimisel magneti harude vahele kaldub galvanomeetri osuti näiteks skaala keskpunktist paremale, siis juhtme liikumisel magneti harude vahelt välja kaldub osuti keskpunktist vasakule. Seega on induktsioonivool kummalgi juhul vastassuunaline.

Magnetväljas pöörlevas mähises tekib vool sellepärast, et pöörleva mähise küljed lõikavad magnetvälja jõujooni. Kuna induktsioonivoolu suund sõltub juhtme liikumise suunast magnetvälja jõujoonte suhtes, tekib mähise vastaskülgedes vastassuunaline vool. Raami ühe täispöörde jooksul muutub voolu suund raami mähises kaks korda. Generaatori mähise otsad ühendatakse elektritarvititega pöörleva raami teljele kinnitatud rõngaste ja nendega kokkupuutuvate harjade kaudu.

Vahelduvvoolugeneraatorid on tänapäeval põhilisteks vooluallikateks. Võimsates elektrivoolugeneraatorites tekitatakse magnetväli elektromagnetitega. Generaatoris on mitu suure keerdude arvuga mähist, mille otstel tekib kõrge pinge. Kõrgepingelist voolu on rõngaste ja harjade abil väga raske mähiselt ära juhtida, sest nende vahel võib tekkida tugev sädelemine. Et seda vältida, pannakse võimsates generaatorites pöörlema hoopis elektromagnet. Mähised, milles indutseeritakse elektrivool, asuvad aga liikumatult generaatori kestas.

Generaatori pöörlev osa pannakse pöörlema kas auruturbiini, hüdroturbiini, tuuleturbiini või sisepõlemismootori abil. Auruturbiiniga ühendatud generaatorid töötavad soojus- ja aatomielektrijaamades. Hüdroelektrijaamades paneb gene­raatorid tööle hüdroturbiin. Üha enam leiavad kasutust tuulegeneraatorid, kus elektrienergiat toodetakse tuuleenergia abil. Elektrivoolugeneraatoris muundub mehaaniline energia elektrienergiaks. Suurtes elektrijaamades töötavad generaatorid, mille võimsus on üle miljoni kilovati ning pinge generaatori klemmidel ulatub 13–15 kilo­voldini.

1. Mis nähtusel põhineb elektrivoolu­generaatori töö?
2. Mille poolest on sarnased ja erinevad elektri­voolu­generaator ja elektri­mootor?
3. Millised energia muundumised leiavad aset hüdro­elektri­jaamas? soojus­elektri­jaamas? tuule­pargis?