如何使用電磁鐵和指尖陀螺構(gòu)建一個簡單的發(fā)電機

發(fā)電機是非常常見和有用的電機，由邁克爾法拉第于1832年發(fā)現(xiàn)。從那時起，我們一直在所有發(fā)電廠使用這些機器為我們的星球提供電力。在這個項目中，我們將使用電磁鐵和指尖陀螺構(gòu)建一個簡單的發(fā)電機，以了解發(fā)電機的概念。

在我們開始之前，了解發(fā)電機很重要。它們不發(fā)電。是的，你沒聽錯！事實上，電力永遠無法產(chǎn)生;根據(jù)守恒定律，能量只能從一個州轉(zhuǎn)移到另一個州。因此，在發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子使用來自渦輪機或發(fā)動機的任何機械耦合旋轉(zhuǎn)，并且這種機械旋轉(zhuǎn)在定子中轉(zhuǎn)換為電能。我們將做同樣的事情，我們將使用指尖陀螺作為轉(zhuǎn)子，使用電磁鐵作為定子來產(chǎn)生足夠小的電力來點亮 LED。聽起來很有趣吧？讓我們開始吧...

所需材料：

指尖陀螺

電磁體

釹磁鐵

電磁鐵如何工作？

在繼續(xù)這個指尖陀螺發(fā)電機項目之前，由于我們使用的是電磁鐵，讓我們了解它是如何工作的。我們在項目中使用的是12V 0.25A（更多技術(shù)規(guī)格將在后面討論）電磁鐵。所以很明顯，如果我們提供12V，它將消耗大約0.25A并產(chǎn)生磁場（B），這將吸引其周圍區(qū)域的任何金屬片。產(chǎn)生這種磁場是因為電流流過電磁鐵內(nèi)部的線圈，正如我們所知，根據(jù)法拉第感應定律，所有載流導體都會在它們周圍產(chǎn)生磁場。由于線圈布置，該磁場集中在特定點，因此能夠吸引金屬。但這不是我們希望它在這里工作的方式。

牢記相同的法拉第定律，我們也應該能夠通過在電磁鐵附近產(chǎn)生變化的磁場來產(chǎn)生電流，使其充當發(fā)電機。因此，為了創(chuàng)造這種變化的磁場，我們將使用帶有指尖陀螺的釹磁鐵。

發(fā)電機項目設(shè)置：

設(shè)置相對簡單，您只需將釹磁鐵放在指尖陀螺上（如下所示），然后將其直接放在電磁鐵上即可。

釹磁鐵非常強大，如果您用空手旋轉(zhuǎn)它，它會試圖被電磁鐵吸引。因此，使用一些安排來保持它們都完好無損。我使用了如下圖所示的螺母和螺栓布置。完成此操作后，將LED連接到電磁鐵的輸出端子（無極性），您就可以開始旋轉(zhuǎn)了。

使用指尖陀螺使 LED 發(fā)光發(fā)電：

我們的迷你發(fā)電機已準備好行動。只需用手旋轉(zhuǎn)指尖陀螺，您應該會注意到 LED 發(fā)光。也可以在本頁末尾的視頻演示中找到相同的內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)得越快，它發(fā)出的光就越亮?；ㄒ恍r間享受你的輸出，稍后讓我們分析一下這里發(fā)生了什么。

好了，現(xiàn)在為了技術(shù)，讓我們分析一些東西。您應該已經(jīng)注意到，無論您以哪個方向旋轉(zhuǎn)微調(diào)器或以哪種極性連接 LED 都會發(fā)光。這是因為這里的LED實際上是在交流電壓下發(fā)光的。什么。。。。？？？？？

是的，沒有發(fā)電機能夠產(chǎn)生直流電壓。當發(fā)電機中產(chǎn)生電壓時，其默認電壓將為交流電。即使在直流發(fā)電機中，定子產(chǎn)生的直接電壓也是交流電，然后使用稱為換向器的布置機械轉(zhuǎn)換為直流電。

估算微調(diào)器產(chǎn)生的通量：

到目前為止一切順利，你可以繼續(xù)給自己一個餅干來理解到目前為止的事情。但是，讓我們嘗試使用一些公式來弄清楚更多的事情。

這里使用的電磁鐵型號為ZYE1-P20/16，其數(shù)據(jù)表中提到了以下規(guī)格。（還有更多，我只列出了必需的）

電壓：12V

電流：0.25A

保持力：2.5公斤/厘米2或 25N

中心直徑：8毫米

為了找到內(nèi)部線圈的匝數(shù)，讓我們使用公式

F = ((NI) 2 × μ0 × a) / (2×g2)

哪里

F = 保持力（以牛頓為單位）

N = 我們打算找到的圈數(shù)

I = 流過電磁鐵的電流，單位為安培

μ0 = 磁常數(shù)，即 4π×10-7

a = 吸引力面積，單位為 m2

g = 電磁鐵和金屬之間的間隙，單位為米

在這些中，我們知道數(shù)據(jù)表中的力為25N，電流為0.25A，并且使用πr計算吸引力面積2（其中 是 8 毫米），給出 0.125m2.最后，間隙為 0.01m，因為每厘米距離給出 25N。

使用上述值，我們的電磁鐵中的匝數(shù)計算出大約在 715 圈左右?，F(xiàn)在我們知道了電磁鐵的匝數(shù)，我們可以利用這些信息來找到旋轉(zhuǎn)器與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁動勢（mmf）。

MMF = I × N

其中，I 是電流，N 是匝數(shù)。

流過LED的電流可能約為20mA。

MMF = 0.02 * 715 = 14.3 At

與實際發(fā)電機相比，MMF的這個值非常非常小，但對于帶有磁鐵的指尖陀螺來說，這就是我們所能得到的。另外，請注意，我們執(zhí)行的這些計算僅用于理解基礎(chǔ)，不用于分析。