Генератор електроенергії "непосида"

Електричний генератор є дуже поширеним і корисним електричної машиною, яка була виявлена Майклом Фарадеєм в 1832. З тих пір ми використовуємо ці машини у всіх наших електростанціях для забезпечення електроенергії для нашої планети. У цьому проекті ми збираємося створити простий генератор з використанням електромагніту та непорядного спінера, щоб зрозуміти концепцію генератора.

Перш ніж почати, важливо знати про генератори. Вони не виробляють електроенергію. Так, ви чули це правильно! Насправді електрику ніколи не можна виробляти; згідно із законом збереження енергія може передаватися лише з одного стану в інший. Отже, у генераторі ротор обертається за допомогою будь-якої механічної муфти від турбіни або двигуна, і це механічне обертання перетворюється на електричну енергію в статорі. Ми збираємося зробити те ж саме, ми будемо використовувати неповоротний спінер як ротор, а електромагніт як статор для виробництва електроенергії, яка є досить малою, щоб світити світлодіод. Звучить цікаво, правда? Давайте розпочнемо…

Необхідні матеріали:

1. Непоседа Спінер
2. Електромагніт
3. Неодимові магніти

Як працює електромагніт?

Перш ніж продовжувати цей проект з виробництва електроенергії Fidget Spinner, оскільки ми використовуємо електромагніт, ми можемо зрозуміти, як він працює. Той, який ми використовуємо в нашому проекті, це електромагніт 12 В 0,25 А (більше технічних характеристик буде обговорено пізніше). Очевидно, що якщо ми поставимо 12 В, він споживатиме близько 0,25 А і створюватиме магнітне поле (В), яке буде притягувати будь-який металевий шматок в його околицях. Це магнітне поле створюється через те, що струм протікає через котушку, яка знаходиться всередині електромагніту, і, як ми знаємо згідно із законом індукції Фарадея,всі провідники струму виробляють навколо них магнітне поле. Це магнітне поле концентрується в певній точці завдяки розташуванню котушки і, отже, воно здатне залучати метал. Але ми не хочемо, щоб це працювало тут.

Маючи на увазі той самий закон Фарадея, ми повинні мати можливість генерувати струм, створюючи мінливе магнітне поле поблизу електромагніту, щоб воно діяло як генератор. Отже, для створення цього мінливого магнітного поля ми будемо використовувати неодимові магніти з непосидючим спінером.

Створення проекту генератора електроенергії:

Налаштування для цього є відносно простим, вам просто потрібно розмістити неодимові магніти над непорядковим спінером (як показано нижче) і розмістити їх безпосередньо над електромагнітом.

Неодимові магніти дуже потужні і намагатимуться привернути увагу до електромагніту, якщо ви обертаєте його вільною рукою. Отже, використовуйте якусь домовленість, щоб утримати їх обох цілими. Я використовував розташування гайок і болтів для того самого, як показано на малюнку нижче. Після цього підключіть світлодіод до вихідної клеми електромагніту (без полярності), і ви готові до обертання.

Виробництво електроенергії за допомогою Fidget Spinner для свічення світлодіода:

Наш міні-генератор готовий до дії. Просто обертайте непосидючу блешню рукою, і ви помітите, що світлодіод світиться. Те ж саме можна також знайти на відео презентації в кінці цієї сторінки. Чим швидше ви крутитеся, тим яскравіше воно світиться. Витратьте трохи часу і насолоджуйтесь своїми результатами, пізніше давайте розберемо, що тут відбувається.

Добре, тепер, щоб отримати технічні дані, давайте проаналізуємо кілька речей. Ви повинні були помітити, що світлодіод світиться, неважливо, в якому напрямку ви обертаєте блешню або в якій полярності ви підключаєте світлодіод. Це тому, що тут світлодіод насправді світиться від змінної напруги. Що….?????

Так, жоден генератор ніколи не здатний виробляти постійну напругу. Коли напруга виробляється в генераторі, напруга за замовчуванням буде змінною. Навіть у генераторах постійного струму безпосередня напруга, яка виробляється на статорі, є змінним, і вона згодом механічно перетворюється в постійний струм за допомогою пристрою, який називається комутатором.

Оцінка потоку, створеного Spinner:

Поки що добре, ви можете продовжити і дати собі печиво для розуміння справ на сьогодні. Але спробуємо з’ясувати ще кілька речей, використовуючи деякі формули.

Електромагніт, що використовується тут, має номер моделі ZYE1-P20 / 16, який має наступні специфікації, згадані в технічному паспорті. (Є більше, я перерахував лише необхідні)

Напруга: 12В

Струм: 0,25А

Зусилля утримання: 2,5 кг / см ² або 25 Н

Діаметр центру: 8 мм

Для того, щоб знайти кількість витків котушки всередині, скористаємось формулами

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)

Де, F = сила утримання в Ньютоні

N = Кількість витків, яку ми маємо намір знайти

I = Струм, що протікає через електромагніт в амперах

µ0 = Магнітна константа, яка дорівнює 4π × 10 ^-7

a = площа притягання в м ²

g = зазор між електромагнітом та металом у метрах

З них ми знаємо силу з таблиці, яка дорівнює 25Н, сила струму 0,25А, а площа притягання розраховується за допомогою πr ² (де r дорівнює 8 мм), що дає 0,125 м ². Нарешті, зазор становить 0,01 м, оскільки 25N дається для відстані в см.

Використовуючи вищезазначене значення, кількість обертів нашого електромагніту розраховується приблизно до 715 витків. Тепер, коли ми знаємо кількість витків нашого електромагніту, ми можемо використовувати цю інформацію, щоб знайти магнітомотивну силу (ммф), яку створює спінер при обертанні з магнітами.

ФПП = I × N

Де, I - сила струму, а N - кількість витків.

Струм, що протікає через світлодіод, може бути наближений до 20 мА.

ФПП = 0,02 * 715 = 14,3 Ат

Це значення ФМП дуже мало, ніж у порівнянні з реальними генераторами, але для непосидового спінера з магнітами це все, що ми могли отримати. Також зауважте, що ці розрахунки ми провели лише для розуміння і не призначені для використання для аналізу.

Сподіваюся, вам зрозуміло, що проект сподобався вам і навчився з нього чогось корисного. Якщо у вас є якісь сумніви, використовуйте розділ коментарів або форуми, щоб вирішити проблему.