- Tarvittavat materiaalit:
- Kuinka sähkömagneetti toimii?
- Sähkögeneraattoriprojektin kokoonpano:
- Sähkön tuottaminen LED-valon hehkuttamiseksi Fidget Spinnerillä:
- Spinnerin tuottaman virtauksen arvioiminen:
Electric Generator on hyvin yleinen ja hyödyllinen sähkökoneen joka löysi Michael Faraday vuonna 1832. Siitä lähtien olemme käyttäneet näitä koneita kaikessa voimalat tuottavat sähköä planeetallemme. Tässä projektissa aiomme rakentaa yksinkertaisen generaattorin, joka käyttää sähkömagneettia ja hämmentävää kehruulaitetta generaattorin käsitteen ymmärtämiseksi.
Ennen aloittamista on tärkeää tietää generaattoreista. Ne eivät tuota sähköä. Kyllä, kuulit sen oikein! Itse asiassa sähköä ei voida koskaan tuottaa; Säilytyslain mukaan energiaa voidaan siirtää vain tilasta toiseen. Joten generaattorissa roottoria pyöritetään millä tahansa turbiinin tai moottorin mekaanisella kytkennällä ja tämä mekaaninen kierto muutetaan staattorin sähköenergiaksi. Aiomme tehdä samoin, käytämme hämmentävää kehruua roottorina ja sähkömagneettia staattorina sähkön tuottamiseen, joka on riittävän pieni LED-valon hehkuttamiseen. Kuulostaa mielenkiintoiselta? Aloitetaan…
Tarvittavat materiaalit:
- Fidget-kiekko
- Sähkömagneetti
- Neodyymimagneetit
Kuinka sähkömagneetti toimii?
Ennen kuin jatkat tämän Fidget Spinner -sähkögeneraattoriprojektin kanssa, koska käytämme sähkömagneettia, voimme ymmärtää, miten se toimii. Projektissamme käytämme 12 V: n 0,25 A: n (tarkempia teknisiä tietoja käsitellään myöhemmin) sähkömagneettia. Joten jos toimitamme 12 V: n, se kuluttaa noin 0,25 A ja tuottaa magneettikentän (B), joka houkuttelee mitä tahansa metallikappaletta ympäröivälle alueelleen. Tämä magneettikenttä syntyy, koska virta kulkee sähkömagneetin sisällä olevan kelan läpi ja kuten tiedämme Faradayn induktiolain mukaan,kaikki nykyiset johtimet tuottavat magneettikentän ympärilleen. Tämä magneettikenttä on keskittynyt tiettyyn kohtaan käämijärjestelyn ansiosta ja siten se pystyy houkuttelemaan metallia. Mutta emme halua sen toimivan täällä.
Pitämällä sama nykypäivän laki mielessä, meidän pitäisi pystyä myös tuottamaan virtaa luomalla vaihteleva magneettikenttä sähkömagneetin lähelle niin, että se toimii generaattorina. Joten tämän vaihtelevan magneettikentän luomiseen käytämme neodyymimagneetteja, joissa on hämmentävä kehruu.
Sähkögeneraattoriprojektin kokoonpano:
Asennus tätä varten on suhteellisen yksinkertainen, sinun on vain asetettava neodyymimagneetit viuhkakiekon päälle (kuten alla on esitetty) ja sijoitettava suoraan sähkömagneetin päälle.
Neodyymimagneetit ovat erittäin voimakkaita ja yrittävät houkutella sähkömagneettia, jos pyörität sitä vapaalla kädellä. Käytä siis jotakin järjestelyä pitämään molemmat ehjinä. Käytin mutterin ja pultin järjestelyä samaan tapaan kuin alla olevassa kuvassa. Kun tämä on tehty, kytke LED sähkömagneetin lähtöliittimeen (ei napaisuutta) ja olet valmis pyörimiseen.
Sähkön tuottaminen LED-valon hehkuttamiseksi Fidget Spinnerillä:
Meidän mini generaattori on valmiina toimintaan. Pyöritä vain hämmentävää kehruua kädelläsi ja huomaa, että LED palaa. Sama löytyy myös tämän sivun lopussa olevasta videoesityksestä. Mitä nopeammin pyörit, sitä kirkkaammin se hehkuu. Vietä aikaa ja nauti tuotoksestasi, analysoidaan myöhemmin, mitä täällä tapahtuu.
Okei, nyt saadaksemme teknisen kuvan, analysoidaan muutama juttu. Sinun olisi pitänyt huomata, että LED palaa riippumatta siitä, mihin suuntaan pyörität kehrää tai mihin napaan kytket LEDin. Tämä johtuu siitä, että tässä LED todella palaa vaihtovirralla. Mitä….?????
Kyllä, mikään generaattori ei koskaan pysty tuottamaan tasajännitettä. Kun jännite tuotetaan generaattorissa, sen oletusjännite on vaihtovirta. Jopa tasavirtageneraattoreissa staattorista tuotettu välitön jännite on vaihtovirta, ja se muutetaan sitten mekaanisesti tasavirraksi kommutaattoriksi kutsuttuun järjestelyyn.
Spinnerin tuottaman virtauksen arvioiminen:
Toistaiseksi niin hyvä, voit mennä eteenpäin ja antaa itsellesi evästeen tähänastisten asioiden ymmärtämiseen. Mutta yritetään selvittää muutama muu asia käyttämällä joitain kaavoja.
Tässä käytetty sähkömagneetti on mallinumerolla ZYE1-P20 / 16, jonka tekniset tiedot on mainittu lomakkeessa. (Niitä on enemmän, olen luetellut vain vaaditut)
Jännite: 12V
Virta: 0,25A
Pitovoima: 2,5 kg / cm 2 tai 25 N
Keskihalkaisija: 8mm
Käämien kierrosten lukumäärän löytämiseksi sisällä käytetään kaavoja
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Missä, F = pitovoima Newtonissa
N = Kierrosten lukumäärä, jonka aiomme löytää
I = Sähkömagneetin läpi virtaava virta ampeereina
µ0 = magneettivakio, joka on 4π × 10-7
a = vetovoima-alue m 2
g = sähkömagneetin ja metallin välinen rako metreinä
Näiden tiedämme voimassa tekninen joka on 25N, nykyinen on 0.25A, ja alue vetovoima lasketaan πr 2 (jossa r on 8mm), joka antaa 0,125 M 2. Lopuksi rako on 0,01 m, koska 25 N annetaan cm-etäisyydelle.
Käyttämällä yllä olevaa arvoa sähkömagneetin kierrosten lukumäärän lasketaan olevan noin 715 kierrosta. Nyt kun tiedämme sähkömagneettimme käännösten lukumäärän, voimme käyttää näitä tietoja löytääksesi magneettimoottorin voiman (mmf), jonka kehrääjä tuottaa, kun se pyörii magneettien mukana.
MMF = I × N
Missä, I on virta ja N on käännösten lukumäärä.
LED: n läpi virtaava virta voisi olla noin 20 mA.
MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At
Tämä rahamarkkinarahaston arvo on hyvin pieni kuin todellisiin generaattoreihin verrattuna, mutta magneeteilla varustetulle fidget-kehräykselle tämä on kaikki mitä voimme saada. Huomaa myös, että nämä laskelmat teimme vain ymmärryksen perustaksi, eikä niitä ole tarkoitettu käytettäväksi analyyseihin.
Toivottavasti ymmärrät nauttinut projektista ja oppinut siitä jotain hyödyllistä. Jos sinulla on epäilyksiä, käytä kommenttiosaa tai foorumeita sen ratkaisemiseksi.