- Nepieciešamie materiāli:
- Kā darbojas elektromagnēts?
- Elektroenerģijas ģeneratora projekta izveide:
- Elektroenerģijas ražošana, izmantojot Fidget Spinner, lai mirdzētu LED:
- Spinner radītās plūsmas novērtēšana:
Electric Generator ir ļoti bieži un noderīgs elektrisko mašīnu, kas atklāja Michael Faraday 1832. Kopš tā laika mēs esam, izmantojot šos automātus visās mūsu elektrostacijās, lai nodrošinātu elektrību mūsu planētai. Šajā projektā mēs izveidosim vienkāršu ģeneratoru, izmantojot elektromagnētu un fidget spinner, lai izprastu ģeneratora jēdzienu.
Pirms sākam, ir svarīgi zināt par ģeneratoriem. Viņi neražo elektrību. Jā, jūs to dzirdējāt pareizi! Patiesībā elektrību nekad nevar ražot; saskaņā ar saglabāšanas likumu enerģiju var pārnest tikai no viena stāvokļa uz otru. Tātad ģeneratorā rotoru pagriež, izmantojot jebkuru mehānisko sakabi no turbīnas vai motora, un šī mehāniskā rotācija statorā tiek pārveidota par elektrisko enerģiju. Mēs darīsim to pašu, mēs izmantosim fidget spinner kā rotoru un elektromagnētu kā statoru, lai ražotu pietiekami mazu elektrību, lai spīdētu LED. Izklausās interesanti vai ne? Sāksim…
Nepieciešamie materiāli:
- Fidget Spinner
- Elektromagnēts
- Neodīma magnēti
Kā darbojas elektromagnēts?
Pirms turpināt šo Fidget Spinner elektrības ģeneratora projektu, jo mēs izmantojam elektromagnētu, mēs varam saprast, kā tas darbojas. Tas, ko mēs izmantojam savā projektā, ir 12V 0,25A (sīkākas tehniskās specifikācijas tiks aplūkotas vēlāk) elektromagnēts. Tātad, acīmredzot, ja mēs piegādājam 12 V, tas patērēs aptuveni 0,25 A un radīs magnētisko lauku (B), kas piesaistīs jebkuru metāla gabalu tā apkārtnē. Šis magnētiskais lauks rodas tāpēc, ka strāva plūst caur spoli, kas atrodas elektromagnēta iekšpusē, un kā mēs zinām saskaņā ar Faradeja indukcijas likumu,visi strāvu nesošie vadītāji rada magnētisko lauku ap tiem. Šis magnētiskais lauks ir koncentrēts noteiktā vietā spoles izvietojuma dēļ, un tādējādi tas spēj piesaistīt metālu. Bet mēs nevēlamies, lai tas šeit darbotos.
Paturot prātā to pašu mūsdienu likumu, mums vajadzētu būt iespējai arī ģenerēt strāvu, izveidojot mainīgu magnētisko lauku elektromagnēta tuvumā, lai tas darbotos kā ģenerators. Tātad, lai izveidotu šo mainīgo magnētisko lauku, mēs izmantosim neodīma magnētus ar fidget vērpēju.
Elektroenerģijas ģeneratora projekta izveide:
Uzstādīšana tam ir salīdzinoši vienkārša, jums vienkārši jānovieto neodīma magnēti virs fidget vērpēja (kā parādīts zemāk) un jānovieto tieši virs elektromagnēta.
Neodīma magnēti ir ļoti spēcīgi un mēģinās piesaistīt elektromagnētu, ja jūs to griežat ar brīvu roku. Tādēļ izmantojiet kādu kārtību, lai abus noturētu neskartus. Es izmantoju uzgriežņu un skrūvju izvietojumu tādam pašam, kā parādīts attēlā zemāk. Kad tas ir izdarīts, pievienojiet gaismas diode elektromagnēta izejas spailei (nav polaritātes), un jūs esat gatavs griešanai.
Elektroenerģijas ražošana, izmantojot Fidget Spinner, lai mirdzētu LED:
Mūsu mini ģenerators ir gatavs darbībai. Vienkārši grieziet fidget vērpēju ar savu roku, un jums vajadzētu pamanīt, ka gaismas diode spīd. To pašu var atrast arī video prezentācijā šīs lapas beigās. Jo ātrāk jūs vērpjat, jo spožāk tas mirdz. Pavadiet kādu laiku un izbaudiet savu sniegumu, vēlāk analizēsim, kas šeit notiek.
Labi, tagad, lai kļūtu tehnisks, analizēsim dažas lietas. Jums vajadzēja pamanīt, ka gaismas diode spīd neatkarīgi no tā, kurā virzienā jūs pagriežat vērpēju vai kādā polaritātē jūs savienojat LED. Tas ir tāpēc, ka šeit gaismas diode faktiski spīd uz maiņstrāvas sprieguma. Kas….?????
Jā, neviens ģenerators nekad nespēj radīt līdzstrāvas spriegumu. Kad spriegums tiek ģenerēts ģeneratorā, tā noklusējuma spriegums būs maiņstrāva. Pat līdzstrāvas ģeneratoros tiešais spriegums, kas rodas no statora, ir maiņstrāva, un vēlāk tas tiek mehāniski pārveidots līdzstrāvā, izmantojot kārtību, ko sauc par komutatoru.
Spinner radītās plūsmas novērtēšana:
Līdz šim tik labi, jūs varat iet uz priekšu un dot sev sīkfailu, lai saprastu lietas līdz šim. Bet mēģināsim noskaidrot vēl dažas lietas, izmantojot dažas formulas.
Šeit izmantotais elektromagnēts ir modeļa numurs ZYE1-P20 / 16, kura datu lapā ir norādīta šāda specifikācija. (Ir vairāk, esmu uzskaitījis tikai nepieciešamos)
Spriegums: 12V
Pašreizējais: 0,25A
Turēšanas spēks: 2,5 kg / cm 2 vai 25 N
Centra diametrs: 8mm
Lai atrastu spoles pagriezienu skaitu iekšpusē, izmantosim formulas
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Kur, F = turēšanas spēks Ņūtonā
N = pagriezienu skaits, ko mēs plānojam atrast
I = strāva, kas plūst caur elektromagnētu ampēros
µ0 = magnētiskā konstante, kas ir 4π × 10 -7
a = pievilcības laukums m 2
g = atstarpe starp elektromagnētu un metru metros
Tajos mēs zinām datu lapas spēku, kas ir 25N, strāva ir 0,25A, un pievilkšanās laukumu aprēķina, izmantojot πr 2 (kur r ir 8 mm), kas dod 0,125 m 2. Visbeidzot, atstarpe ir 0,01 m, jo 25 cm ir norādīts uz cm attālumu.
Izmantojot iepriekš minēto vērtību, tiek aprēķināts, ka mūsu elektromagnēta pagriezienu skaits ir aptuveni aptuveni 715 pagriezieni. Tagad, kad mēs zinām mūsu elektromagnēta pagriezienu skaitu, mēs varam izmantot šo informāciju, lai atrastu magnētisko dzinēju spēku (mmf), ko vērpējs rada, kad tas rotē kopā ar magnētiem.
NTF = I × N
Kur, I ir strāva un N ir pagriezienu skaits.
Caur gaismas diodi plūstošo strāvu varētu tuvināt līdz 20mA.
NTF = 0,02 * 715 = 14,3 Plkst
Šī NTF vērtība ir ļoti maza, salīdzinot ar faktiskajiem ģeneratoriem, taču tas ir viss, ko mēs varam iegūt fidget spinner ar magnētiem. Ņemiet vērā arī to, ka šos aprēķinus veicām tikai izpratnes labad un nav paredzēts izmantot analīzei.
Ceru, ka sapratāt, ka izbaudījāt projektu un uzzinājāt no tā kaut ko noderīgu. Ja jums ir kādas šaubas, izmantojiet komentāru sadaļu vai forumus, lai to atrisinātu.