«Van der Waals» redirige aquí. Para las interacciones bioquímicas, véase Fuerzas de Van der Waals.
| Johannes van der Waals | ||
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| Información personal | ||
| Nacimiento | 23 de noviembre de 1837 Leiden, Países Bajos | |
| Fallecimiento | 8 de marzo de 1923 (85 años) Ámsterdam, Países Bajos | |
| Sepultura | Cementerio Nuevo del Este de Ámsterdam | |
| Nacionalidad | Neerlandés | |
| Lengua materna | Neerlandés | |
| Familia | ||
| Cónyuge | Anna Magdalena Smit (1865-1881) | |
| Hijos | Johannes Diderik Jr. Anne Madeleine Jacqueline Elisabeth Johanna Diderica | |
| Educación | ||
| Educado en | Universidad de Leiden | |
| Tesis doctoral | Over de continuïteit van den gas- en vloeistoftoestand. (Sobre la continuidad del estado líquido y gaseoso) (1873) | |
| Supervisor doctoral | Pieter Rijke | |
| Información profesional | ||
| Área | Matemáticas y física | |
| Conocido por | Fuerzas de van der Waals Ecuación de van der Waals | |
| Empleador | Universidad de Ámsterdam | |
| Estudiantes doctorales | Diederik Korteweg Gustav de Vries | |
| Obras notables | ||
| Miembro de | ||
| Distinciones | Premio Nobel de Física en 1910 | |
Johannes Diderik van der Waals (Leiden, Países Bajos, 23 de noviembre de 1837-Ámsterdam, 8 de marzo de 1923) fue un profesor universitario y físico neerlandés.[1] Es conocido por su trabajo en la ecuación del estado de los gases y los líquidos por el cual ganó el Premio Nobel de Física en 1910.[2]
Su nombre se asocia principalmente con la ecuación de Van der Waals de estado que describe el comportamiento de los gases y su condensación a la fase líquida. Su nombre también se asocia a las fuerzas de Van der Waals (fuerzas entre moléculas estables),[3] con molécula de van der Waals (pequeños grupos moleculares unidos por fuerzas de Van der Waals), y con radios de Van der Waals (tamaños de moléculas). James Clerk Maxwell dijo en una ocasión que "no cabe duda de que el nombre de Van der Waals pronto figurará entre los más destacados de la ciencia molecular."[4]
En su tesis de 1873, Van der Waals observó la no idealidad de los gases reales y la atribuyó a la existencia de interacciones intermoleculares. Introdujo la primera ecuación de estado derivada por la suposición de un volumen finito ocupado por las moléculas constituyentes.[5] Encabezada por Ernst Mach y Wilhelm Ostwald, hacia finales del siglo XIX surgió una fuerte corriente filosófica que negaba la existencia de moléculas. Se consideraba que la existencia molecular no estaba demostrada y que la hipótesis molecular era innecesaria. En la época en que se escribió la tesis de Van der Waals (1873), la estructura molecular de los fluidos no había sido aceptada por la mayoría de los físicos, y líquido y vapor se consideraban a menudo como químicamente distintos. Pero los trabajos de Van der Waals afirmaron la realidad de las moléculas y permitieron evaluar su tamaño y fuerza de atracción. Su nueva fórmula revolucionó el estudio de las ecuaciones de estado. Comparando la su ecuación de estado con datos experimentales, Van der Waals pudo obtener estimaciones del tamaño real de las moléculas y de la fuerza de su atracción mutua.[6]
El efecto del trabajo de Van der Waals sobre la física molecular en el siglo XX fue directo y fundamental.[7] Al poner parámetros de introducción que caracterizar el tamaño y la atracción moleculares al construir su ecuación de estado, Van der Waals marcó la pauta de la ciencia molecular moderna. Que aspectos moleculares como el tamaño, la forma, la atracción y las interacciones multipolares debían constituir la base de las formulaciones matemáticas de las propiedades termodinámicas y de transporte de los fluidos se considera actualmente un axioma.[8] Con la ayuda de la ecuación de estado de Van der Waals, los parámetros del punto crítico de los gases pudieron predecirse con exactitud a partir de mediciones termodinámicas realizadas a temperaturas mucho más elevadas. Posteriormente, nitrógeno, oxígeno, hidrógeno y helio sucumbieron a la liquefacción. [Heike Kamerlingh Onnes]] se vio muy influida por los trabajos pioneros de Van der Waals. En 1908, Onnes fue el primero en fabricar helio líquido; esto le condujo directamente a su descubrimiento en 1911 de la superconductividad.[9]
Biografía
Primeros años y educación
Johannes Diderik van der Waals nació el 23 de noviembre de 1837 en Leiden, Países Bajos. Era el mayor de los diez hijos de Jacobus van der Waals y Elisabeth van den Berg. Su padre era carpintero en Leiden. Como era habitual para todas las chicas y chicos de clase trabajadora en el siglo XIX, no fue a la escuela secundaria que le habría dado derecho a entrar en la universidad. En su lugar, fue a una escuela de "educación primaria avanzada", que terminó a los quince años. Después fue aprendiz de maestro en una escuela primaria. Entre 1856 y 1861 siguió cursos y obtuvo las cualificaciones necesarias para convertirse en maestro y director de escuela primaria.
En 1862 empezó a asistir a clases de matemáticas, física y astronomía en la universidad de su ciudad natal, aunque no reunía los requisitos para matricularse como alumno regular, en parte por su falta de formación en lenguas clásicas.[4] Sin embargo, la Universidad de Leiden tenía una disposición que permitía a los estudiantes externos cursar hasta cuatro asignaturas al año. En 1863, el gobierno holandés puso en marcha un nuevo tipo de escuela secundaria (HBS, una escuela dirigida a los hijos de las clases medias altas). Van der Waals, entonces director de una escuela elemental, quiso ser profesor de matemáticas y física en la HBS y pasó dos años estudiando en su tiempo libre para los exámenes requeridos.
Estudió entre 1862 y 1865, licenciándose en matemáticas y física. Se casó con Anna Magdalena Smit en 1865 y tuvo cuatro hijos: tres mujeres (Anne Madeleine, la poetisa Jacqueline Elisabeth y Johanna Diderica) y un varón (el físico Johannes Diderik Jr., quien también trabajó en la Universidad de Ámsterdam). El sobrino de Van der Waals, Peter van der Waals, fue ebanista y figura destacada de la escuela de Sapperton, Gloucestershire (Reino Unido), dentro del movimiento Arts and Crafts. Su mujer murió de tuberculosis a los 34 años, en 1881. Tras enviudar, Van der Waals no volvió a casarse y quedó tan afectado por la muerte de su esposa que no publicó nada durante una década.
En 1865 fue nombrado profesor en La Haya En 1866, fue director de una escuela secundaria de La Haya, que estaba lo suficientemente cerca de Leiden como para permitir a Van der Waals reanudar allí sus cursos en la universidad. En septiembre de 1865, justo antes de trasladarse a Deventer, Van der Waals se casó con Anna Magdalena Smit, de dieciocho años.
En 1873, obtuvo el grado de Doctor por sus tesis titulada Over de Continuïteit van den Gas - en Vloeistoftoestand (Sobre la continuidad de los estados líquido y gaseoso). En 1876, se convirtió en el primer profesor de física de la Universidad de Ámsterdam.
Johannes murió en Ámsterdam el 8 de marzo de 1923, un año después de la muerte de su hija Jacqueline.
EPÓNIMO :
Las fuerzas de Van der Waals o bien interacciones de Van der Waals, en fisicoquímica, son una clase de fuerzas (atractivas o repulsivas) entre átomos o moléculas. Son diferentes de aquellas debidas a un enlace intramolecular (enlace iónico, enlace metálico y enlace covalente de tipo reticular) o a la interacción electrostática de iones con moléculas neutras.[1]
Son habitualmente descritas como una combinación de:
- Fuerzas de dispersión de London entre dos dipolos inducidos instantáneamente (por ejemplo, en el tetracloruro de carbono).
- Fuerzas de Debye entre un dipolo permanente y un dipolo inducido, cuando un dipolo inducido (esto es, un dipolo que se induce en un átomo o una molécula que de otra manera sería no polar) interactúa con una molécula que tiene un momento dipolar permanente. Un ejemplo de esta interacción serían las fuerzas entre las moléculas de agua y las de tetracloruro de carbono.
- Fuerzas de Keesom entre dos dipolos permanentes: interacciones entre moléculas que están polarizadas de manera permanente (por ejemplo, las moléculas de agua que atraen otras moléculas de agua u otras moléculas polares).
Estas fuerzas fueron nombradas en honor al físico neerlandés Johannes Diderik van der Waals (1837—1923), premio Nobel de Física en 1910, que en 1873 fue el primero en introducir sus efectos en las ecuaciones de estado de un gas (véase ecuación de Van der Waals).
Introducción
Las fuerzas de Van der Waals son relativamente débiles comparadas con los enlaces químicos normales, pero desempeñan un papel fundamental en campos tan diversos como química supramolecular, biología estructural, ciencia de polímeros, nanotecnología, ciencia de superficies y física de la materia condensada. Las fuerzas de Van der Waals definen el carácter químico de muchos compuestos orgánicos. También definen la solubilidad de los alcoholes inferiores. Las propiedades del grupo polar hidroxilo dominan a las débiles fuerzas intermoleculares de Van der Waals. En los alcoholes superiores, las propiedades del radical alquílico apolar (R) dominan y definen la solubilidad. Las fuerzas de Van der Waals crecen con la longitud de la parte no polar de la sustancia.
Las fuerzas de Van der Waals incluyen atracciones entre átomos, moléculas y superficies. Difieren del enlace covalente y del enlace iónico en que están causados por correlaciones en las polarizaciones fluctuantes de partículas cercanas (una consecuencia de la dinámica cuántica). Las fuerzas intermoleculares tienen cuatro contribuciones importantes. En general, un potencial intermolecular tiene un componente repulsivo que evita el colapso de las moléculas, debido a que al acercarse las entidades unas a otras las repulsiones dominan. También tiene un componente atractivo que, a su vez, consta de tres contribuciones distintas:
- La primera fuente de atracción es la interacción electrostática, también denominada interacción de Keesom o fuerza de Keesom en honor a Willem Hendrik Keesom.
- La segunda fuente de atracción es la inducción (también denominada polarización electroquímica), que es la interacción entre un multipolo permanente en una molécula, con un multipolo inducido en otra. Esta interacción se mide algunas veces en debyes, en honor a Peter Debye.
- La tercera atracción suele ser denominada en honor a Fritz London que la llamaba dispersión. Es la única atracción experimentada por moléculas no polares, pero opera entre cualquier par de moléculas, sin importar su simetría.
Todas las fuerzas intermoleculares de Van der Waals presentan anisotropía, excepto aquellas entre átomos de dos gases nobles, lo que significa que dependen de la orientación relativa de las moléculas. Las interacciones de inducción y dispersión son siempre atractivas, sin importar su orientación, pero el signo de la interacción cambia con la rotación de las moléculas. Esto es, la fuerza electrostática puede ser atractiva o repulsiva, dependiendo de la orientación mutua de las moléculas. Cuando las moléculas tienen movimiento térmico, como cuando están en fase gaseosa o líquida, la fuerza electrostática se reduce significativamente, debido a que las moléculas rotan térmicamente y experimentan las partes repulsiva y atractiva de la fuerza electrostática. Algunas veces, este efecto se expresa indicando que el «movimiento térmico aleatorio a temperatura ambiente puede imponerlo o anularlo», refiriéndose al componente electrostático de la fuerza de Van der Waals. Claramente, el efecto térmico promedio es mucho menos pronunciado para las fuerzas atractivas de inducción y dispersión.
El potencial de Lennard-Jones se usa frecuentemente como un modelo aproximado para la parte isótropa de una fuerza de Van der Waals total (repulsión más atracción) como una función de la distancia.
Fuerza de dispersión de London
Las fuerzas de dispersión de London, denominadas así en honor al físico germano-estadounidense Fritz London, son fuerzas intermoleculares débiles que surgen de fuerzas interactivas entre multipolos temporales en moléculas sin momento multipolar permanente. Las fuerzas de dispersión de London también son conocidas como fuerzas de dispersión, fuerzas de London o fuerzas dipolo-dipolo inducido.
Las fuerzas de London pueden ser exhibidas por moléculas no polares debido a que la densidad electrónica se mueve alrededor de la molécula de una manera probabilística (ver teoría mecánico cuántica de las fuerzas de dispersión). Hay una gran probabilidad de que la densidad electrónica no esté distribuida por igual en una molécula apolar. Cuando los electrones están desigualmente distribuidos, existe un multipolo temporal. Este multipolo interactuará con otros multipolos cercanos e inducirá a las moléculas, pero solo son una pequeña parte de la fuerza de interacción total.
La densidad electrónica en una molécula puede ser redistribuida por la proximidad de otro multipolo. Los electrones se acumularán en el lado de la molécula que encara a la carga positiva y se retirarán de la carga negativa. Entonces, puede producirse un multipolo transiente por una molécula polar cercana, o incluso por un multipolo transiente en otra molécula apolar.
En el vacío, las fuerzas de London son más débiles que otras fuerzas intermoleculares tales como las interacciones iónicas, el enlace de hidrógeno, o las interacciones permanentes dipolo-dipolo.
Este fenómeno es la única fuerza intermolecular atractiva a grandes distancias, presente entre átomos neutros (vg. un gas noble), y es la principal fuerza atractiva entre moléculas no polares (vg. dinitrógeno o metano). Sin las fuerzas de London, no habría fuerzas atractivas entre los átomos de un gas noble, y no podrían existir en la forma líquida.
Las fuerzas de London se hacen más fuertes a la vez que el átomo o molécula en cuestión se hace más grande. Esto es debido a la polarizabilidad incrementada de moléculas con nubes electrónicas más grandes y dispersas. Este comportamiento puede ejemplificarse por los halógenos (del más pequeño al más grande: F2, Cl2, Br2, I2). El diflúor y el dicloro son gases a temperatura ambiente, el dibromo es un líquido, y el diyodo es un sólido. Las fuerzas de London también se hacen fuertes con grandes cantidades de superficie de contacto. Una mayor área superficial significa que pueden darse más interacciones cercanas entre diferentes moléculas.
| Robert J. van de Graaff | ||
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| Información personal | ||
| Nombre en inglés | Robert Jemison Van de Graaff | |
| Nacimiento | 20 de diciembre de 1901 Tuscaloosa (Estados Unidos) | |
| Fallecimiento | 16 de enero de 1967 (65 años) Boston (Estados Unidos) | |
| Sepultura | Beverly Central Cemetery | |
| Residencia | Tuscaloosa | |
| Nacionalidad | Estadounidense | |
| Familia | ||
| Madre | Minnie Cherokee Hargrove | |
| Educación | ||
| Educado en | ||
| Supervisor doctoral | John Sealy Townsend | |
| Información profesional | ||
| Ocupación | Físico y profesor universitario | |
| Área | Física | |
| Empleador |
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| Estudiantes doctorales | John G. Trump | |
| Miembro de | Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias | |
| Distinciones |
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Robert Jemison van de Graaff (Alabama, 20 de diciembre de 1901 - Boston, 16 de enero de 1967) fue un físico estadounidense, conocido por crear el Generador de Van de Graaff.[1]
Biografía
Van de Graaff nació en Tuscaloosa (Alabama). Sus padres eran descendientes de emigrantes de origen holandés.[2]
Formado en la Universidad de Alabama, estudió durante algunos años en la Universidad de la Sorbona de París, así como en la Universidad de Oxford, en la que se doctoró en el año 1928. A su regreso a los Estados Unidos trabajó primero en Princeton y, a partir de 1931, pasó a formar parte de la plantilla del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Entre sus desarrollos más notables destaca el generador eléctrico de alto voltaje que lleva su nombre, construido en el año 1931.
- Generador de Van de Graaff
Los generadores Van de Graaff utilizan una correa aislante motorizada (generalmente hecha de caucho) para conducir carga eléctrica desde una fuente de alta tensión en un extremo de la correa hasta el interior de una esfera metálica en el otro extremo. Dado que la carga eléctrica reside en el exterior de la esfera, se acumula para producir un potencial eléctrico mucho mayor que el de la fuente primaria de alta tensión.
Dificultades prácticas limitan el potencial producido por los grandes generadores de Van de Graaff a unos 7 millones de voltios. Los generadores Van de Graaff se utilizan principalmente como fuentes de alimentación de CC para aceleradores de partículas atómicos lineales utilizados para experimentos de física nuclear. Con generadores tandem en serie puede producirse alrededor de 15 millones de voltios.
EPÓNIMO :
Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura (denominada también estator). Si se produce mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.
Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna son de tres fases.
El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía eléctrica en mecánica.
Historia
Antes de que se descubriera la conexión entre el magnetismo y la electricidad, ya se habían inventado los generadores electrostáticos. Funcionaban según principios electrostáticos, mediante el uso de cintas, placas y discos cargados eléctricamente que llevaban la carga hasta un electrodo de alto potencial. La carga se generaba utilizando uno de dos mecanismos, inducción electrostática o efecto triboeléctrico. Tales generadores producían muy altos voltajes y baja corriente. Debido a su ineficiencia y a la dificultad de aislamiento de las máquinas que producían esos voltajes tan altos, los generadores electrostáticos tenían niveles de potencia bajos y nunca se utilizaron para la generación de cantidades comercialmente significativas de energía eléctrica. Sus únicas aplicaciones prácticas consistían en alimentar los primeros tubos de rayos X y, posteriormente, en algunos aceleradores de partículas atómicas.
Generador de disco de Faraday
El principio de funcionamiento de los generadores electromagnéticos fue descubierto en los años 1831-1832 por Michael Faraday. El principio, más tarde llamado ley de Faraday, es que se genera una fuerza electromotriz en un conductor eléctrico que rodea un flujo magnético variable.
También construyó el primer generador electromagnético, llamado disco de Faraday; un tipo de generador homopolar, que utiliza un disco de cobre que gira entre los polos de un imán de herradura. Se produce una pequeña tensión continua.
Este diseño era ineficiente debido a los contraflujos de auto-cancelación de la corriente en las regiones del disco que no estaban bajo la influencia del campo magnético. Mientras que la corriente se inducía directamente debajo del imán, la corriente circulaba hacia atrás en las regiones que estaban fuera de la influencia del campo magnético. Este contraflujo limitaba la salida de potencia en los cables de captación e inducía el calentamiento de los residuos del disco de cobre. Los generadores homopolares posteriores resolverían este problema utilizando una serie de imanes dispuestos alrededor del perímetro del disco para mantener un efecto de campo estable con una dirección de flujo de corriente.
Otra desventaja era que el voltaje de salida era muy bajo, debido a disponer de una única trayectoria de la corriente a través del flujo magnético. Los experimentadores descubrieron que el uso de múltiples vueltas de cable en una bobina podía producir voltajes más altos y más útiles. Dado que el voltaje de salida es proporcional al número de vueltas, los generadores podrían diseñarse fácilmente para producir cualquier voltaje deseado variando el número de vueltas. Los devanados de alambre se convirtieron en una característica básica de todos los diseños de generadores posteriores.
Jedlik y el fenómeno de la autoexcitación
Independientemente de Faraday, el húngaro Ányos Jedlik comenzó a experimentar en 1827 con los dispositivos giratorios electromagnéticos a los que llamó autorrotores electromagnéticos. En el prototipo del arrancador eléctrico monopolar (terminado entre 1852 y 1854) tanto las partes estacionarias como las giratorias eran electromagnéticas. También fue el descubrimiento del principio de autoexcitación de la dinamo,[1] que reemplazó los diseños de imanes permanentes. También puede haber formulado el concepto de dínamo en 1861 (antes de que lo hicieran Siemens y Wheatstone) pero no lo patentó porque pensó que no era el primero en darse cuenta de ello.[2]
Generadores de corriente continua
Una bobina de cable que gira en un campo magnético produce una corriente que cambia de dirección con cada rotación de 180°, una corriente alterna (CA). Sin embargo, muchos usos tempranos de la electricidad requerían corriente continua (CD). En los primeros generadores eléctricos prácticos, llamados dinamos, la CA se convertía en CC con un conmutador, un conjunto de rotantes contactos de interruptor en el eje del inducido. El conmutador invertía la conexión del devanado de inducido al circuito cada 180° de rotación del eje, creando una corriente continua pulsante. Una de las primeras dinamos fue construida por Hippolyte Pixii en 1832.
La dinamo fue el primer generador eléctrico capaz de entregar energía para la industria. El generador eléctrico Woolrich de 1844, ahora en Thinktank, Birmingham Science Museum, fue el primer generador eléctrico utilizado en un proceso industrial.[3] Fue utilizado por la firma de Elkingtons para la galvanoplastia comercial.[4][5][6]
La dinamo moderna, apta para uso en aplicaciones industriales, fue inventado de forma independiente por Charles Wheatstone, Werner von Siemens y Samuel Alfred Varley. Varley obtuvo una patente el 24 de diciembre de 1866, mientras que Siemens y Wheatstone anunciaron sus descubrimientos el 17 de enero de 1867, y este último entregó un documento sobre su descubrimiento a la Royal Society.
La «máquina dinamoeléctrica» (dynamo-electric machine) empleaba bobinas de campo electromagnético autoalimentadas en lugar de imanes permanentes para crear el campo del estator.[7] El diseño de Wheatstone era similar al de Siemens, con la diferencia de que en el diseño de Siemens los electroimanes del estator estaban en serie con el rotor, pero en el diseño de Wheatstone estaban en paralelo.[8] El uso de electroimanes en lugar de imanes permanentes aumentó considerablemente la potencia de salida de la dinamo y permitió la generación de altas potencias por primera vez. Esta invención llevó directamente a los primeros usos industriales principales de la electricidad. Por ejemplo, en la década de 1870, Siemens usó dinamos electromagnéticas para alimentar hornos de arco eléctrico para la producción de metales y otros materiales.
La máquina de dinamo que se desarrolló consistía en una estructura estacionaria, que proporcionaba el campo magnético, y un conjunto de devanados giratorios que giraban dentro de ese campo. En máquinas más grandes, el campo magnético constante es proporcionado por uno o más electroimanes, que generalmente se denominan bobinas de campo.
Las dínamos de gran generación de energía ahora rara vez se ven debido al uso casi universal de la corriente alterna para la distribución de energía. Antes de la adopción de la CA, los dinamos de corriente continua muy grandes eran los únicos medios de generación y distribución de energía. La CA ha llegado a dominar debido a la capacidad de la CA para transformarse fácilmente desde y hacia voltajes muy altos para permitir bajas pérdidas en la transmisión a grandes distancias.
Generadores síncronos (generadores de corriente alterna)
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Gracias a una serie de descubrimientos, la dinamo fue seguida por muchos inventos posteriores, especialmente el alternador de CA, que era capaz de generar corriente alterna. Es comúnmente conocido como generador sincrónico (SG). Las máquinas síncronas están conectadas directamente a la red y deben estar correctamente sincronizadas durante el inicio.[9] Además, están excitadas con un control especial para mejorar la estabilidad del sistema de energía.[10]
Los sistemas de generación de corriente alterna eran conocidos en formas simples a partir del descubrimiento original de Michael Faraday de la inducción magnética de la corriente eléctrica. El mismo Faraday construyó un temprano alternador. Su máquina era un "rectángulo giratorio", cuya operación era heteropolar: cada conductor activo pasaba sucesivamente a través de regiones donde el campo magnético estaba en direcciones opuestas.[11]
Los grandes generadores de corriente alterna de dos fases fueron construidos por un electricista británico, J.E.H. Gordon, en 1882. La primera demostración pública de un "sistema de alternador" fue realizada por William Stanley, Jr., un empleado de Westinghouse Electric en 1886.[12]
Sebastian Ziani de Ferranti fundó la compañía Ferranti, Thompson and Ince en 1882 para comercializar su alternador Ferranti-Thompson, inventado con la ayuda del renombrado físico Lord Kelvin.[13] Sus primeros alternadores produjeron frecuencias entre 100 y 300 Hz. Ferranti pasó a diseñar la central eléctrica Deptford para la London Electric Supply Corporation en 1887 utilizando un sistema de corriente alterna. Una vez que se completó en 1891, fue la primera estación de energía verdaderamente moderna, que suministraba energía de CA de alto voltaje que luego se "reducía" para uso del consumidor en cada calle. Este sistema básico sigue en uso hoy en día en todo el mundo.
Después de 1891, se introdujeron los alternadores polifásicos para suministrar corrientes de múltiples fases diferentes.[14] Los alternadores posteriores se diseñaron para variar las frecuencias de corriente alterna entre dieciséis y aproximadamente cien hertzios, para su uso con iluminación de arco, iluminación incandescente y motores eléctricos.[15]
Autoexcitación
A medida que aumentaban los requerimientos para la generación de energía a gran escala, surgió una nueva limitación: los campos magnéticos disponibles a partir de imanes permanentes. El desvío de una pequeña cantidad de la energía generada por el generador hacia una bobina de campo electromagnético permitió que el generador produjera sustancialmente más energía. Este concepto fue denominado autoexcitación. Las bobinas de campo eran conectadas en serie o en paralelo con el devanado de la armadura. Cuando el generador comenzaba a girar, la pequeña cantidad de magnetismo remanente presente en el núcleo de hierro proporcionaba un campo magnético para iniciarlo, generando una pequeña corriente en la armadura. Esta fluye a través de las bobinas de campo, creando un campo magnético más grande que genera una corriente de armadura más grande. Este proceso de "arranque" continúa hasta que el campo magnético en el núcleo se desactiva debido a la saturación y el generador alcanza una potencia de salida estable. Los generadores de centrales eléctricas muy grandes a menudo utilizaban un generador más pequeño separado para excitar las bobinas de campo de los más grandes. En el caso de que se produzca una interrupción generalizada del suministro eléctrico, es posible que las estaciones deban realizar un arranque en negro para excitar los campos de sus generadores más grandes, a fin de restablecer el servicio de energía del cliente.[
