- Potrebni materiali:
- Kako deluje elektromagnet?
- Postavitev projekta generatorja električne energije:
- Ustvarjanje električne energije z uporabo Fidget Spinner za žarjenje LED:
- Ocenjevanje pretoka, ki ga proizvaja Spinner:
Električni generator je zelo pogosta in uporaben električni stroj, ki je odkril Michael Faraday leta 1832. Od takrat smo bili z uporabo teh naprav v vseh naših elektrarnah za zagotavljanje električne energije za naš planet. V tem projektu bomo zgradili preprost generator z uporabo elektromagneta in fidget spinnerja, da bomo razumeli koncept generatorja.
Preden začnemo, je pomembno vedeti o generatorjih. Ne proizvajajo električne energije. Da, prav ste slišali! Dejansko električne energije nikoli ni mogoče proizvesti; po ohranitvenem zakonu se energija lahko prenaša samo iz ene države v drugo. Torej, v generatorju se rotor vrti s pomočjo kakršne koli mehanske sklopke iz turbine ali motorja in ta mehanska rotacija se pretvori v električno energijo v statorju. Tudi mi bomo storili enako, fidget spinner bomo uporabili kot rotor, elektromagnet pa kot stator za proizvodnjo električne energije, ki je dovolj majhna, da sveti LED. Sliši se zanimivo, kajne? Začnimo…
Potrebni materiali:
- Fidget Spinner
- Elektromagnet
- Neodimi magneti
Kako deluje elektromagnet?
Preden nadaljujemo s projektom Fidget Spinner Electric Generator, ker uporabljamo elektromagnet, lahko razumemo, kako deluje. Tisti, ki ga uporabljamo v našem projektu, je elektromagnet z napetostjo 12 V 0,25 A (več tehničnih specifikacij bomo obravnavali kasneje). Očitno je, da če napajamo 12V, bo porabil približno 0,25A in ustvaril magnetno polje (B), ki bo privabilo kateri koli kovinski kos v okolici. To magnetno polje nastane, ker tok teče skozi tuljavo, ki je znotraj elektromagneta, in kot vemo po Faradayevem zakonu indukcije,vsi tokovni vodniki ustvarjajo magnetno polje okoli sebe. To magnetno polje je koncentrirano na določeni točki zaradi razporeditve tuljave in zato lahko privlači kovino. Ampak tukaj ne želimo, da bi to delovalo.
Upoštevajoč enako faradayevo zakonodajo, bi morali biti sposobni ustvarjati tudi tok z ustvarjanjem spremenljivega magnetnega polja v bližini elektromagneta, tako da deluje kot generator. Za ustvarjanje tega spremenljivega magnetnega polja bomo uporabili neodijeve magnete z vrtavko.
Postavitev projekta generatorja električne energije:
Nastavitev za to je sorazmerno preprosta, neodimske magnete morate le namestiti nad vrtilni stroj (kot je prikazano spodaj) in namestiti neposredno nad elektromagnet.
Neodijevi magneti so zelo močni in bodo poskušali pritegniti elektromagnet, če ga vrtite s prosto roko. Zato uporabite neko ureditev, da oba ostaneta nedotaknjena. Za isto sem uporabil razporeditev matic in vijakov, kot je prikazano na spodnji sliki. Ko je to končano, na izhodni priključek elektromagneta priključite LED (brez polarnosti) in pripravljeni ste na vrtenje.
Ustvarjanje električne energije z uporabo Fidget Spinner za žarjenje LED:
Naš mini generator je pripravljen za akcijo. Preprosto zavrtite vrtalnik z roko in opazili bi, da LED sveti. Enako je mogoče najti tudi v video predstavitvi na koncu te strani. Hitreje se vrtite, svetleje sveti. Preživite nekaj časa in uživajte v svojih rezultatih, kasneje pa analizirajmo, kaj se tukaj dogaja.
V redu, zdaj, da dobimo tehnične podatke, analizirajmo nekaj stvari. Morali bi opaziti, da LED sveti, ne glede na to, v katero smer vrtite spiner ali v katero polarnost priklopite LED. To je zato, ker tukaj LED dejansko sveti na izmenični napetosti. Kaj….?????
Da, noben generator ni sposoben proizvajati enosmerne napetosti. Ko se napetost proizvaja v generatorju, bo privzeta napetost izmenična. Tudi pri enosmernih generatorjih je takojšnja napetost, ki jo proizvede stator, izmenična, kasneje pa se mehansko pretvori v enosmerno s pomočjo ureditve, imenovane komutator.
Ocenjevanje pretoka, ki ga proizvaja Spinner:
Zaenkrat dobro, lahko nadaljujete in si date piškotek za razumevanje dosedanjih stvari. Poskusimo pa ugotoviti še nekaj stvari z uporabo nekaterih formul.
Tu uporabljeni elektromagnet je številke modela ZYE1-P20 / 16, ki ima v tehničnem listu naslednjo specifikacijo. (Obstaja še več, naštel sem samo zahtevane)
Napetost: 12V
Tok: 0,25A
Zadrževalna sila: 2,5 kg / cm 2 ali 25N
Srednji premer: 8 mm
Da bi našli število zavojev tuljave v notranjosti, uporabimo formule
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Kje, F = zadrževalna sila v Newtonu
N = število zavojev, ki jih nameravamo najti
I = tok, ki teče skozi elektromagnet v amperih
µ0 = magnetna konstanta, ki je 4π × 10 -7
a = privlačno območje v m 2
g = vrzel med elektromagnetom in kovino v metrih
Pri teh poznamo silo iz podatkovnega lista, ki je 25N, tok je 0,25A in privlačno območje se izračuna z uporabo πr 2 (kjer je r 8 mm), kar daje 0,125 m 2. Končno je razmik 0,01 m, saj je 25N podana za razdaljo na cm.
Z uporabo zgornje vrednosti se izračuna, da je število obratov v našem elektromagnetu približno 715 obratov. Zdaj, ko poznamo število obratov našega elektromagneta, lahko s pomočjo teh informacij poiščemo magnetno silo (mmf), ki jo tvori spiner, ko se vrti z magneti.
SDT = I × N
Kjer je I tok in N število zavojev.
Tok, ki teče skozi LED, bi lahko bil približno 20 mA.
MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At
Ta vrednost MMF je zelo majhna od tiste v primerjavi z dejanskimi generatorji, toda za fidget spinner z magneti je to vse, kar bi lahko dobili. Upoštevajte tudi, da smo te izračune izvedli zgolj za razumevanje in niso namenjeni analizi.
Upam, da ste razumeli, da je projekt užival in se iz njega naučil kaj koristnega. Če dvomite, uporabite razdelek za komentarje ali forume, da ga rešite.