- Potrebni materijali:
- Kako djeluje elektromagnet?
- Postavljanje projekta za proizvodnju električne energije:
- Proizvodnja električne energije pomoću Fidget Spinnera za svijetljenje LED-a:
- Procjena protoka koje je proizveo Spinner:
Električni generator je vrlo čest i koristan električni stroj koji je otkrio Michael Faraday 1832. Od tada smo koristili ove strojeve u svim našim elektranama osigurati električnu energiju za naš planet. U ovom projektu izgradit ćemo jednostavan generator pomoću elektromagneta i fidget okretača kako bismo razumjeli koncept generatora.
Prije nego što započnemo važno je znati o generatorima. Ne proizvode električnu energiju. Da, dobro ste čuli! Zapravo se električna energija nikada ne može proizvesti; prema zakonu očuvanja, energija se može prenijeti samo iz jednog stanja u drugo. Dakle, u generatoru se rotor okreće bilo kojom mehaničkom spojnicom iz turbine ili motora i ta mehanička rotacija pretvara se u električnu energiju u statoru. Učinit ćemo isto, upotrijebit ćemo vrtiljak za vrtenje kao rotor, a elektromagnet kao stator za proizvodnju električne energije koja je dovoljno mala da svijetli LED. Zvuči zanimljivo zar ne? Započnimo…
Potrebni materijali:
- Fidget Spinner
- Elektromagnet
- Neodimijski magneti
Kako djeluje elektromagnet?
Prije nego što nastavimo s ovim projektom Fidget Spinner Electric Generator, budući da koristimo elektromagnet, razumijemo kako to radi. Ona koju koristimo u našem projektu je elektromagnet od 12 V 0,25A (o ostalim tehničkim specifikacijama bit će riječi kasnije). Dakle, očito ako napajamo 12V, on će potrošiti oko 0,25A i stvoriti magnetsko polje (B) koje će privući bilo koji metalni komad u okolici. Ovo magnetsko polje nastaje jer struja teče kroz zavojnicu koja se nalazi unutar elektromagneta i kao što znamo prema Faradayevom zakonu indukcije,svi vodiči koji nose struju stvaraju oko sebe magnetsko polje. Ovo magnetsko polje koncentrirano je u određenoj točki zbog rasporeda zavojnice i stoga je sposobno privući metal. Ali ovdje ne želimo ovako funkcionirati.
Imajući na umu isti faradejev zakon, trebali bismo biti u mogućnosti generirati i struju stvarajući promjenjivo magnetsko polje u blizini elektromagneta tako da djeluje kao generator. Dakle, za stvaranje ovog promjenjivog magnetskog polja upotrijebit ćemo neodimijske magnete s vrtoglavim vrtiljkom.
Postavljanje projekta za proizvodnju električne energije:
Postavljanje za ovo je relativno jednostavno, samo morate neodimijske magnete postaviti preko vrtiljke (kao što je prikazano u nastavku) i postaviti ih izravno preko elektromagneta.
Neodimijski magneti su vrlo moćni i pokušat će ih privući elektromagnetom ako ga vrtite slobodnom rukom. Stoga upotrijebite neki aranžman kako biste obojicu zadržali netaknutima. Koristio sam raspored matica i vijaka za isti kao što je prikazano na donjoj slici. Kad je to gotovo, spojite LED na izlazni terminal elektromagneta (bez polariteta) i spremni ste za okretanje.
Proizvodnja električne energije pomoću Fidget Spinnera za svijetljenje LED-a:
Naš mini generator je spreman za akciju. Dovoljno je samo okretati fidget spinner rukom i trebali biste primijetiti kako LED svijetli. Isto se može naći i u video prezentaciji na kraju ove stranice. Što se brže vrtite, jače svijetli. Provedite malo vremena i uživajte u svojim rezultatima, kasnije ćemo analizirati što se ovdje događa.
Dobro, sad da bismo dobili tehničke podatke, analizirajmo nekoliko stvari. Trebali ste primijetiti da LED svijetli bez obzira u kojem smjeru vrtite okretač ili u kojem polaritetu spojite LED. To je zato što ovdje LED zapravo svijetli na izmjeničnom naponu. Što….?????
Da, niti jedan generator nikada nije sposoban proizvesti istosmjerni napon. Kada se napon generira u generatoru, zadani napon bit će mu izmjenični napon. Čak i kod istosmjernih generatora, neposredni napon proizveden iz statora je izmjenični, a kasnije se mehanički pretvara u istosmjerni pomoću aranžmana koji se naziva komutator.
Procjena protoka koje je proizveo Spinner:
Zasad je dobro, možete nastaviti i dati si kolačić za razumijevanje dosadašnjih stvari. Ali pokušajmo shvatiti još nekoliko stvari pomoću nekih formula.
Ovdje korišteni elektromagnet nosi broj modela ZYE1-P20 / 16 koji u svom tehničkom listu ima slijedeću specifikaciju. (Ima ih još, naveo sam samo one potrebne)
Napon: 12V
Struja: 0,25A
Sila držanja: 2,5 kg / cm 2 ili 25N
Srednji promjer: 8mm
Da bismo pronašli broj zavoja zavojnice unutra, poslužimo se formulama
F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)
Gdje, F = Sila zadržavanja u Newtonu
N = Broj zavoja, koje namjeravamo pronaći
I = Struja koja prolazi kroz elektromagnet u amperima
µ0 = Magnetska konstanta, koja je 4π × 10 -7
a = privlačno područje u m 2
g = razmak između elektromagneta i metala u metrima
U njima znamo silu iz podatkovnog lista koja je 25N, struja je 0,25A, a područje privlačenja izračunava se pomoću πr 2 (gdje je r 8 mm) što daje 0,125m 2. Konačno, razmak je 0,01 m budući da je 25N dan za udaljenost po cm.
Korištenjem gornje vrijednosti izračunava se da je broj zavoja u našem elektromagnetu približno 715 zavoja. Sad kad znamo broj zavoja u našem elektromagnetu, možemo upotrijebiti ove podatke kako bismo pronašli Magnetomotivnu silu (mmf) koju stvara spiner kad se okreće s magnetima.
MMF = I × N
Gdje je I struja i N broj okretaja.
Struja koja prolazi kroz LED mogla bi se približiti na 20mA.
MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At
Ova vrijednost MMF-a vrlo je mala od one u usporedbi sa stvarnim generatorima, ali za fidget spinner s magnetima to je sve što bismo mogli dobiti. Također imajte na umu da smo ove izračune izvršili samo radi razumijevanja i da nisu namijenjeni za analizu.
Nadam se da ste razumjeli da ste uživali u projektu i naučili nešto korisno iz njega. Ako sumnjate, koristite odjeljak za komentare ili forume da biste ga riješili.