Kaj je homopolarni generator?

Homopolarni generator je vrsta električnega generatorja, ki proizvaja enosmerni tok (DC) z uporabo električno prevodnega diska, ki se vrti v statičnem magnetnem polju. Disk je pod pravim kotom na magnetno polje, zato njegovo vrtenje ustvari električno potencialno razliko med središčem diska in njegovim robom. Krtačni kontakti povezujejo rob diska z gredjo, ki vrti disk. Polarnost električnega toka je odvisna od smeri vrtenja glede na magnetno polje. Imenuje se “homopolarni” ali “unipolarni”, ker se uporablja samo en pol magneta.

Dejansko obstajata dva načina delovanja, pri katerih lahko homopolarni generator proizvaja moč. Stacionarni magnet in vrteči se disk sta najpogostejša metoda, če pa se magnet in disk vrtita, še vedno nastaja moč. To je mogoče zaradi Lorentzove sile, ki je sila, ki jo elektroni povzročajo elektromagnetno polje.

Michael Faraday je izumil homopolarni generator leta 1831, kar je privedlo do enega od njegovih alternativnih imen, Faradayev disk. Zgodnje različice te naprave niso bile posebej učinkovit vir električne energije, vendar so pokazale načela, ki jih zdaj uporabljajo komutirani dinamo za proizvodnjo enosmernega toka. Neučinkovitost zgodnjih homopolarnih generatorjev je bila predvsem posledica protitoka; magnet inducira primarni tok na delu diska, ki je neposredno pod magnetom, vendar ta tok kroži proti predelom diska, ki so stran od magnetnega polja. Ta nasprotni tok segreva disk in ne proizvaja električnega toka.

Sodobni homopolarni generatorji delno rešujejo to težavo z razporeditvijo serije magnetov po obodu diska. To omogoča, da magnetno polje ostane enakomerno od središča do roba diska. Stopnja protitoka se močno zmanjša, kar poveča učinkovitost generatorja.

Majhen homopolarni generator, ki se običajno uporablja za demonstracije, proizvede le nekaj voltov, medtem ko večji generatorji, kot so tisti, ki se uporabljajo v znanstvenih raziskavah, lahko proizvedejo nekaj sto voltov. Nekateri sistemi za proizvodnjo električne energije uporabljajo več homopolarnih generatorjev za proizvodnjo na tisoče voltov, vendar na splošno nimajo veliko praktičnih industrijskih uporab. Homopolarni generator je mogoče narediti tako, da ima zelo nizek upor, tako da lahko proizvede velike količine toka, občasno tudi več kot 1 milijon amperov.