Jak se vyrábí elektřina aneb jak funguje elektrický generátor (dynamo)

Další z článků, který se snaží přiblížit názorně laické veřejnosti jevy, které jim možná za dob studií byly zhnuseny. Snažím se o maximální zjednodušení pro představu, nikoli o fyzikální popis.

V prvé řadě se případně podívejte na článek Co je to elektřina, elektrické napětí, proud a proč svítí žárovka?, kde jsem vytvářel příměry elektřiny k vodovodnímu potrubí.

Jak jsem ve zmíněném článku psal, "elektrárna dělá to, že udržuje mezi oběma dráty elektrické napětí, tedy jakýsi rozdíl počtu elektronů, jak jsme si říkali výše. Dělá to tak, že pomocí generátoru jakoby "strká" elektrony z druhého drátu do prvního." Dnes se podíváme, jak onen generátor zjednodušeně funguje.

Generátory elektrické energie

Jsou dva hlavní druhy:

• alternátor - který generuje střídavý proud
• dynamo - které generuje stejnosměrný proud (víceméně se dá říci, že je to alternátor s komutátorem, což je velmi jednoduchá mechanická věc, která dovede ze střídavého proudu udělat stejnosměrný)

V principu jde o to, přeměnit mechanickou energii (otáčení turbíny pod přehradou, vrtule na větrné elektrárně, turbíny v tepelné či jaderné elektrárně) na elektrickou.

Stejnosměrný a střídavý proud

V naších příměrech jsme uvažovali proud stejnosměrný (tj. proud elektronů z jednoho drátu do druhého). V praxi se ale ukazuje, že je pro mnoho využití lepší střídavý proud.

Názorně: rozdíl mezi těmito dvěma druhy proudu si můžeme představit na příkladu pily. Pilou buď můžeme řezat jen na jednu stranu (a vždy čepel vyndat, nastavit na začátek a znovu říznout jedním tahem), nebo na obě strany (sem tam). 

To je v principu rozdíl mezi stejnosměrným proudem (teče vždy na jednu stranu) a střídavým proudem (cuká se, elektrárna jej generuje tak, že se ve vaší žárovce elektrony strkají pořád sem a tam - z příměru pily by vám ale už mohlo být jasné, že práci to vykoná obdobnou).

Generátor elektrického napětí (dynamo)

Princip funkce dynama je takový, že drát v elektrárně je přiveden do magnetického pole (představte si velké pevné magnety) ve formě smyčky. Magnetické pole působí na elektrony ve smyčce jako gravitační síla na vás. Na videu je modrými šipkami naznačen směr působení magnetické síly. Ta tlačí v našem případě elektrony ve smyčce směrem dolů.

Vtip je ale v tom, že se smyčka v magnetickém poli točí. Tím dochází k tomu, že se elektrony střídavě "přelévají" z horní části smyčky do dolní (naznačeno žlutými šipkami), následně dojde ale k otočení smyčky a elektrony tečou zase zpátky (ale opět z horní části smyčky do dolní). Generuje se tak střídavý proud.

Ten je následně mechanickém komutátorem usměrněn na stejnosměrný proud (pouze se ve vhodnou chvíli na půl otáčku jakoby prohodí konce drátů), jehož průběh můžete vidět ve videu na grafu.

Elektrony jsou tak v principu přestrkávány z jednoho drátu do druhého. Pokud je obvod uzavřen (stisknut vypínač od žárovky atd.), prochází obvodem stejnosměrný proud. Pokud by byl obvod rozpojen (vypínač vypnut), vytvoří se mezi oběma vodiči jen elektrické napětí. To, jak jsme si už říkali v minulém článku, vlastně popisuje chuť elektronů běžet z jednoho drátu do druhého.