Un generatore elettrico essenzialmente è un dispositivo che trasforma un tipo di energia in energia elettrica.
Qui non descriviamo i generatori elettrostatici.
I più comuni generatori sono a induzione e trasformano energia meccanica di rotazione in energia elettrica, come gli alternatori e le dinamo. Le pile che trasformano energia chimica in energia elettrica. Le celle fotovoltaiche che trasformano l'energia luminosa in energia elettrica. Poi vi sono dispositivi molto meno comuni che usano energia termica (effetto Seebeck), la piezoelettricità di alcuni cristalli (si usava ad esempio nelle testine dei giradischi per trasformare la vibrazione, dovuta all'effetto del solco del disco in moto sulla puntina comunicante col cristallo, nel segnale elettrico che, opportunamente amplificato ed inviato all'altoparlante, emetteva il suono). Ecc. Ecc.
Nella definizione classica, l'intensità di corrente elettrica è la quantità di cariche che attraversa la sezione trasversale di un conduttore nell'unità di tempo. Il flusso di cariche elettriche in un conduttore persiste fino a che alle estremità del conduttore esiste una differenza di potenziale. La definizione più semplice di differenza di potenziale tra due punti A e B è il rapporto tra il lavoro compiuto per spostare la carica q dal punto A al punto B diviso la carica q spostata. C'è una grossolana analogia con quanto accade con la corrente di un fluido (se vi è differenza di pressione tra due zone atmosferiche, la corrente d'aria tende a fluire dalla zona a pressione maggiore verso quella a pressione minore). O con quanto si verifica tra due corpi a temperatura diversa (avviene un passaggio di calore dal corpo più caldo a quello più freddo, fino a che i due corpi non raggiungono la stessa temperatura).
Con qualche analogia, la corrente elettrica fluisce in un conduttore fino a che tutti i punti di quest'ultimo non hanno raggiunto il medesimo potenziale.
Studiando il comportamento dal punto di vista microscopico degli elettroni di conduzione in un metallo, si osservano le differenze sostanziali tra gli esempi fatti sopra e il fenomeno della corrente elettrica, molto più complesso.
Se si vuole fare in modo che la corrente continui a fluire occorre l'intervento di un dispositivo che mantenga la differenza di potenziale, cioè che si fornisca a un conduttore (o a un sistema di conduttori) l'energia necessaria per mantenere la corrente elettrica al suo interno: un tale dispositivo si chiama generatore di tensione (o generatore elettrico); la sua funzione è quella di controbilanciare l'effetto del moto delle cariche elettriche attraverso il conduttore, che tende ad annullare la differenza di potenziale.
Si può capire meglio il ruolo del generatore ricorrendo a un'analogia idraulica. Supponiamo di avere un serbatoio d'acqua sospeso a una certa altezza dal suolo e collegato, tramite un tubo, con una vasca sottostante. L'energia potenziale gravitazionale dell'acqua la fa passare spontaneamente dai punti a energia potenziale maggiore (il serbatoio) a quelli a energia potenziale minore (la vasca), quindi l'acqua si trasferirà dal serbatoio alla vasca. Se volessimo riportare l'acqua dalla vasca nel serbatoio, dovremmo ricorrere a un dispositivo, una pompa idraulica, che compia un lavoro contro le forze del campo gravitazionale. La funzione del generatore è simile a quella della pompa idraulica.
Sono generatori di tensione le pile elettriche. Le batterie ricaricabili delle automobili e degli smartphone e di molti altri dispositivi invece convertono energia elettrica in energia chimica durante la carica, per poi fare il fenomeno inverso durante l'uso e non sono propriamente generatori, quanto accumulatori.
La dinamo e l'alternatore basano il loro funzionamento sulla trasformazione di una energia meccanica, che li faccia ruotare, in energia elettrica, seguendo la legge dell'induzione elettromagnetica. La dinamo produce corrente unidirezionale quasi continua. I vari tipi di alternatori producono correnti alternate. A fine '800 vi fu una vera e propria gara di tipo industriale sulla scelta tra dinamo e alternatori. Il primo generatore di corrente continua fu proprio la pila e venne divulgato in una lettera alla Royal Society nel marzo del 1800 dal fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827).
Il primo generatore a induzione fu la dinamo a disco di M. Faraday nel 1831.
Un generatore in corrente continua è solitamente dotato di due morsetti detti convenzionalmente polo negativo (−), a potenziale più basso, e polo positivo (+), a potenziale più alto. Unendo tra loro con un conduttore (per esempio un filo metallico di resistenza tale da non provocare un corto circuito) i poli opposti del generatore, le cariche si muovono di moto collettivo entro il conduttore: un generatore permette quindi di ottenere corrente elettrica mentre è in funzione.
Dal punto di vista microscopico gli elettroni quasi-liberi in un metallo, quando sono soggetti al campo elettrico, accelerano per un breve tratto per urtare poi con gli atomi del reticolo, cedendo loro l'energia cinetica acquisita. Questo fa vibrare ulteriormente gli atomi e si manifesta macroscopicamente come calore, dando luogo ad un aumento di temperatura.
Il calore in definitiva viene fornito dal generatore.

Un generatore di corrente alternata invece inverte il segno ai poli con la frequenza dovuta al suo numero di giri al secondo.

($a$) Generatore di tensione reale. ($b$) Generatore di corrente reale. Immagine da Bsproj

A differenza di un generatore ideale di corrente, che è in grado di sviluppare ai capi del carico qualsiasi tensione determinando un flusso di corrente costante, un generatore ideale di tensione presenta ai suoi capi una differenza di potenziale costante qualunque sia la corrente erogata al carico.

Sulla base delle considerazioni precedenti è possibile asserire che un generatore di tensione ideale presenta una resistenza interna nulla.

Il generatore ideale di corrente presenta una resistenza interna infinita, ed è assimilabile ad un circuito aperto ai capi del quale può svilupparsi qualsiasi tensione.
Data l'impossibilità di ottenere simili condizioni (resistenza interna nulla o infinita) si ricorre necessariamente al concetto di generatore reale, dove si tiene conto della resistenza interna del dispositivo.

Nel caso di un generatore di tensione, questa resistenza interna è rappresentata da un resistore in serie al generatore, mentre nel caso di un generatore di corrente il resistore si trova in parallelo. Rispetto al caso ideale, questo aumenta la resistenza vista ai capi del dipolo nel caso del generatore di tensione, e la riduce nel caso del generatore di corrente.
Deve essere ben chiaro che un generatore reale di tensione fornisce una tensione a vuoto (cioè senza collegamenti) più alta che non sotto carico, cioè collegato ad un dispositivo come una lampada, un resistore o altro; e che la tensione diminuisce al crescere della corrente erogata. Questo è il significato della resistenza interna in serie.

Alimentatore a bassa tensione. Immagine Lab2Go

L'alimentatore è ampiamente utilizzato in vari contesti, ad esempio nei laboratori scolastici. Non è propriamente un generatore poiché trasforma l'energia elettrica fornita dalla rete in energia elettrica, con le caratteristiche richieste al suo impiego. Infatti può erogare corrente alternata o continua o ad onde quadre, triangolari ecc. a seconda del suo impiego, con tensioni e correnti ben definite nelle caratteristiche. Esistono anche alimentatori stabilizzati ben più sofisticati.

Di seguito si riportano, a titolo esemplificativo, le specifiche tecniche dell'alimentatore nella foto che fornisce energia elettrica regolabile sia in C.C. sia in C.A..