Ηλεκτρική και μηχανική ενέργεια

Παίρνουμε ένα ανεμιστήρα και τον συνδέουμε στο δίκτυο ηλεκτρικού ρεύματος. Μόλις κλείσουμε το διακόπτη του ανεμιστήρα τα πτερύγια του αρχίζουν να περιστρέφονται. Αυτό συμβαίνει διότι κλείνοντας τον διακόπτη, κλείνει ηλεκτρικό κύκλωμα που βρίσκεται στο εσωτερικό της συσκευής. Συνεπώς η συσκευή διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα. Το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί την κίνηση των πτερυγίων του ανεμιστήρα. Μπορούμε να πούμε ότι η ενέργεια του ηλεκτρικού ρεύματος μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των πτερυγίων του ανεμιστήρα.

Οι συσκευές που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική ονομάζονται ηλεκτρικοί κινητήρες.

Ο ηλεκτρικό κινητήρας

Η αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτρικού κινητήρα, βασίζεται στο γεγονός ότι όταν ένας αγωγός που διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα και βρίσκεται μέσα σε μαγνητικό πεδίο, τότε το μαγνητικό πεδίο ασκεί δύναμη στον αγωγό, με αποτέλεσμα να τον θέτει σε κίνηση.

Η πιο απλή μορφή ηλεκτρικού κινητήρα φαίνεται στο σχήμα. Ένα συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται  μέσα  στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ένας πεταλοειδής μαγνήτης. Μόλις περάσει ηλεκτρικό ρεύμα από το συρμάτινο πλαίσιο, αυτό αρχίζει να περιστρέφεται.

Ο πρώτος ηλεκτρικός κινητήρας κατασκευάστηκε το 1821 από τον Άγγλο φυσικό Μ. Φαραντέυ. Ο Φαραντέυ έβαλε μέσα σε ένα ποτήρι υδράργυρο και στο κέντρο του στερέωσε ένα ραβδόμορφο μαγνήτη. Κρέμασε ένα αγωγό που διαμέσου του υδραργύρου έκλεινε ηλεκτρικό κύκλωμα με μια ηλεκτρική πηγή. Καθώς ο αγωγός διαρρεόταν από ηλεκτρικό ρεύμα, αυτός περιστρεφόταν γύρω από τον μαγνήτη.

Στους ηλεκτρικούς κινητήρες βασίζεται η λειτουργία πολλών ηλεκτρικών μηχανών και μεταφορικών μέσων, όπως για παράδειγμα οι ηλεκτρικοί κινητήρες που βρίσκονται μέσα στα πλυντήρια ρούχων, στα μίξερ, τα τρόλεϋ, τα ηλεκτρικά τρένα κ.α.

Ηλεκτρική γεννήτρια

Ο ηλεκτρικός κινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική. Η αντίστροφη μετατροπή δηλαδή η μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική απασχόλησε τους φυσικούς από τις αρχές του 19ου αιώνα.

Ο Φαραντέυ πραγματοποίησε πλήθος πειραμάτων και τελικά το 1831 ανακάλυψε ότι όταν περιέστρεφε ένα μεταλλικό δίσκο ανάμεσα στους πόλους, ενός πεταλοειδούς μαγνήτη, τότε από το κύκλωμα στο οποίο συνδεόταν ο δίσκος διερχόταν ηλεκτρικό ρεύμα. ΄Ετσι η κινητική ενέργεια του δίσκου μετατρέπεται σε ηλεκτρική.

Στην ανακάλυψη του Φαραντέυ βασίστηκε η εφεύρεση της ηλεκτρογεννήτριας η οποία είναι μία συσκευή που μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Στις ηλεκτρογεννήτριες ένα πηνίο που καθώς περιστρέφεται μέσα στο μαγνητικό πεδίο που παράγουν οι πόλοι ενός μαγνήτη, έχει σαν αποτέλεσμα ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται από το πηνίο.