- Potrebné materiály:
- Ako funguje elektromagnet?
- Zriadenie projektu generátora elektriny:
- Výroba elektriny pomocou Fidget Spinner na rozsvietenie LED:
- Odhad toku produkovaného spoločnosťou Spinner:
Electric Generator je veľmi časté a užitočné elektrický stroj, ktorý bol objavený Michael Faraday v roku 1832. Od tej doby sme používali tieto stroje vo všetkých našich elektrárňach na výrobu elektriny pre našu planétu. V tomto projekte postavíme jednoduchý generátor pomocou elektromagnetu a fidget spinnera, aby sme pochopili koncept generátora.
Než začneme, je dôležité vedieť o generátoroch. Nevyrábajú elektrinu. Áno, počuli ste to dobre! V skutočnosti sa elektrina nikdy nedá vyrobiť; podľa zákona zachovania sa energia môže prenášať iba z jedného štátu do druhého. Takže v generátore sa rotor otáča pomocou akejkoľvek mechanickej spojky z turbíny alebo motora a táto mechanická rotácia sa mení na elektrickú energiu v statore. Urobíme to isté, použijeme fidget spinner ako rotor a elektromagnet ako stator na výrobu elektriny, ktorá je dosť malá na to, aby svietila LED. Znie to zaujímavo, že? Začnime…
Potrebné materiály:
- Fidget spinner
- Elektromagnet
- Neodymové magnety
Ako funguje elektromagnet?
Predtým, ako začneme s týmto projektom Fidget Spinner Electricity Generator, pretože používame elektromagnet, pochopíme, ako to funguje. Ten, ktorý používame v našom projekte, je elektromagnet 12V 0,25A (ďalšie technické špecifikácie budú uvedené neskôr). Je zrejmé, že ak dodáme 12V, spotrebuje okolo 0,25 A a vytvorí magnetické pole (B), ktoré priláka akýkoľvek kovový kúsok v jeho okolí. Toto magnetické pole sa vytvára, pretože prúd preteká cievkou, ktorá je vo vnútri elektromagnetu, a ako vieme podľa Faradayovho zákona indukcie,všetky vodiče vedúce prúd vytvárajú okolo seba magnetické pole. Toto magnetické pole je koncentrované v konkrétnom bode kvôli usporiadaniu cievky, a preto je schopné priťahovať kov. Ale takto to nechceme, aby to tu fungovalo.
Pri zohľadnení rovnakých zákonov dnešnej doby by sme mali byť schopní generovať prúd aj vytváraním meniaceho sa magnetického poľa v blízkosti elektromagnetu, aby pôsobil ako generátor. Na vytvorenie tohto premenlivého magnetického poľa teda použijeme neodýmové magnety s fidget spinnerom.
Zriadenie projektu generátora elektriny:
Nastavenie je pomerne jednoduché, musíte len umiestniť neodýmové magnety nad fidget spinner (ako je znázornené nižšie) a umiestniť ho priamo nad elektromagnet.
Neodýmové magnety sú veľmi silné a pokúsia sa prilákať elektromagnet, ak ho otáčate voľnou rukou. Preto použite určité usporiadanie, aby ste ich obidve neporušené. Použil som usporiadanie matice a skrutky pre to isté, ako je znázornené na obrázku nižšie. Akonáhle je to hotové, pripojte LED k výstupnej svorke elektromagnetu (bez polarity) a ste pripravení na roztočenie.
Výroba elektriny pomocou Fidget Spinner na rozsvietenie LED:
Náš mini generátor je pripravený na akciu. Stačí roztáčať fidget spinner rukou a mali by ste si všimnúť, že LED svieti. To isté možno nájsť aj vo videoprezentácii na konci tejto stránky. Čím rýchlejšie točíte, tým jasnejšie svieti. Strávte nejaký čas a užívajte si svoje výstupy, neskôr poďme analyzovať, čo sa tu deje.
Dobre, teraz aby sme dostali technické informácie, poďme analyzovať zopár vecí. Mali by ste si všimnúť, že LED dióda svieti bez ohľadu na to, v akom smere otáčate rozmetávačom alebo v akej polarite LED diódu pripájate. Je to tak preto, lebo tu vlastne LED svieti na striedavé napätie. Čo….?????
Áno, žiadny generátor nikdy nie je schopný produkovať jednosmerné napätie. Keď je napätie generované v generátore, jeho predvolené napätie bude AC. Aj v jednosmerných generátoroch je okamžité napätie vyprodukované zo statora striedavé, potom sa neskôr mechanicky prevedie na jednosmerné napätie pomocou usporiadania nazývaného komutátor.
Odhad toku produkovaného spoločnosťou Spinner:
Pokiaľ je to dobré, môžete si dať cookie, aby ste doteraz porozumeli. Skúsme však pomocou niektorých vzorcov zistiť ešte niekoľko vecí.
Elektromagnet, ktorý sa tu používa, má modelové číslo ZYE1-P20 / 16, ktorého technická špecifikácia je uvedená v nasledujúcej špecifikácii. (Je ich viac, uviedol som iba povinné)
Napätie: 12V
Prúd: 0,25A
Prídržná sila: 2,5 kg / cm 2 alebo 25 N.
Priemer stredu: 8 mm
Aby sme zistili počet závitov cievky vo vnútri, použijeme vzorce
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Kde, F = prídržná sila v Newtonoch
N = počet závitov, ktoré plánujeme nájsť
I = prúd pretekajúci elektromagnetom v ampéroch
µ0 = magnetická konštanta, ktorá je 4π × 10-7
a = príťažlivá plocha v m 2
g = medzera medzi elektromagnetom a kovom v metroch
V nich poznáme silu z údajového listu, ktorá je 25N, prúd je 0,25A a oblasť príťažlivosti sa počíta pomocou πr 2 (kde r je 8 mm), čo dáva 0,125 m2. Nakoniec je medzera 0,01 m, pretože hodnota 25 N je uvedená na vzdialenosť cm.
Pomocou vyššie uvedenej hodnoty sa počíta počet závitov v našom elektromagnete, ktorý je zhruba okolo 715 závitov. Teraz, keď poznáme počet závitov v našom elektromagnete, môžeme tieto informácie použiť na nájdenie magnetomotorickej sily (mmf), ktorá je vytváraná rozmetávačom, keď sa otáča spolu s magnetmi.
MMF = I × N
Kde, I je prúd a N je počet závitov.
Prúd pretekajúci cez LED by sa mohol pohybovať na hodnote 20mA.
MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At
Táto hodnota MMF je veľmi malá v porovnaní so skutočnými generátormi, ale pre fidget spinner s magnetmi je to všetko, čo sme mohli dostať. Upozorňujeme tiež, že tieto výpočty sme vykonali iba na pochopenie základov a ich účelom nie je použitie na analýzu.
Dúfam, že ste pochopili, že sa vám projekt páčil a dozvedeli ste sa z neho niečo užitočné. Ak máte pochybnosti, vyriešte to pomocou sekcie s komentármi alebo na fórach.