Fidget spinner gerador de eletricidade

Um gerador elétrico é uma máquina elétrica muito comum e útil que foi descoberta por Michael Faraday em 1832. Desde então, temos usado essas máquinas em todas as nossas usinas para fornecer eletricidade para o nosso planeta. Neste projeto, vamos construir um gerador simples usando um eletroímã e um spinner de fidget para entender o conceito do gerador.

Antes de começarmos, é importante saber sobre geradores. Eles não produzem eletricidade. Sim, você ouviu direito! Na verdade, a eletricidade nunca pode ser produzida; de acordo com a lei da conservação, a energia só pode ser transferida de um estado para outro. Portanto, em um gerador, o rotor é girado usando qualquer acoplamento mecânico de uma turbina ou motor e essa rotação mecânica é convertida em energia elétrica no estator. Faremos o mesmo, usaremos o botão giratório de fidget como rotor e um eletroímã como estator para produzir eletricidade pequena o suficiente para acender um LED. Parece interessante, certo? Vamos começar…

Materiais requisitados:

1. Fidget Spinner
2. Eletroímã
3. Ímãs de neodímio

Como funciona um eletroímã?

Antes de prosseguir com este projeto do Fidget Spinner Gerador de Eletricidade, já que estamos usando um eletroímã vamos entender como ele funciona. O que estamos usando em nosso projeto é um eletroímã de 12 V 0,25 A (mais especificações técnicas serão discutidas mais tarde). Obviamente, se fornecermos um 12 V, ele consumirá cerca de 0,25 A e produzirá um campo magnético (B) que atrairá qualquer peça de metal em sua área circundante. Este campo magnético é produzido porque a corrente flui através da bobina que está dentro do eletroímã e como sabemos de acordo com a lei de indução de Faraday,todos os condutores portadores de corrente produzem um campo magnético ao seu redor. Este campo magnético está concentrado em um determinado ponto devido ao arranjo da bobina e, portanto, é capaz de atrair metal. Mas não é assim que queremos que funcione aqui.

Mantendo a mesma lei moderna em mente, devemos também ser capazes de gerar corrente criando um campo magnético variável próximo ao eletroímã para que ele atue como um gerador. Portanto, para criar esse campo magnético variável, usaremos ímãs de neodímio com um botão giratório de agitação.

Configuração do projeto de gerador de eletricidade:

A configuração para isso é relativamente simples, você só precisa colocar os ímãs de neodímio sobre o botão giratório de agitação (como mostrado abaixo) e colocá-lo diretamente sobre o eletroímã.

Os ímãs de neodímio são muito poderosos e tentarão ser atraídos pelo eletroímã se você girá-lo com a mão livre. Portanto, use algum arranjo para mantê-los intactos. Usei um arranjo de porca e parafuso para o mesmo, conforme mostrado na imagem abaixo. Feito isso, conecte um LED ao terminal de saída do eletroímã (sem polaridade) e você está pronto para dar uma volta.

Gerando eletricidade usando Fidget Spinner para acender um LED:

Nosso mini gerador está pronto para a ação. Basta girar o botão giratório de agitação com a mão e você deve notar o LED brilhando. O mesmo também pode ser encontrado no vídeo de apresentação no final desta página. Quanto mais rápido você gira, mais brilhante ele brilha. Passe algum tempo e aproveite sua saída, depois vamos analisar o que está acontecendo aqui.

Ok, agora para obter informações técnicas, vamos analisar algumas coisas. Você deve ter notado que o LED acende independentemente da direção em que você gira o botão giratório ou em que polaridade conecta o LED. Isso ocorre porque aqui o LED realmente brilha na tensão AC. O que….?????

Sim, nenhum gerador é capaz de produzir tensão CC. Quando a tensão é produzida em um gerador, sua tensão padrão será CA. Mesmo em geradores DC, a tensão imediata produzida pelo estator é AC, sendo posteriormente convertida mecanicamente em DC usando um arranjo denominado comutador.

Estimando o fluxo produzido pela Spinner:

Até aí tudo bem, você pode ir em frente e dar a si mesmo um cookie para entender as coisas até agora. Mas vamos tentar descobrir mais algumas coisas usando algumas fórmulas.

O Eletroímã que é usado aqui é do modelo ZYE1-P20 / 16 que possui as seguintes especificações mencionadas em sua ficha técnica. (Existem mais, eu listei apenas os necessários)

Tensão: 12V

Corrente: 0,25A

Força de retenção: 2,5 kg / cm ² ou 25N

Diâmetro central: 8 mm

A fim de encontrar o número de voltas da bobina dentro, vamos usar as fórmulas

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)

Onde, F = força de retenção em Newton

N = número de voltas, que pretendemos encontrar

I = Corrente fluindo através do eletroímã em Amps

µ0 = Constante magnética, que é 4π × 10 ^-7

a = Área de atração em m ²

g = lacuna entre o eletroímã e o metal em metros

Nestes sabemos a força da folha de dados que é 25N, a corrente é 0,25A e a área de atração é calculada usando πr ² (onde r é 8 mm) que dá 0,125 m ². Finalmente, a lacuna é de 0,01 m, pois 25N é dado para por cm de distância.

Usando o valor acima, o número de voltas em nosso eletroímã é calculado em cerca de 715 voltas. Agora que sabemos o número de voltas em nosso eletroímã, podemos usar essa informação para encontrar a força magnetomotriz (mmf) que está sendo produzida pelo spinner quando ele gira com os ímãs.

MMF = I × N

Onde, I é a corrente e N é o número de voltas.

A corrente que flui através do LED pode ser aproximada a 20mA.

MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At

Este valor de MMF é muito pequeno do que comparado com geradores reais, mas para um girador de agitação com ímãs, isso é tudo o que conseguimos. Além disso, observe que esses cálculos foram executados apenas para fins de compreensão e não se destinam a ser usados ​​para análise.

Espero que você tenha entendido, gostou do projeto e aprendeu algo útil com ele. Se você tiver alguma dúvida, use a seção de comentários ou os fóruns para resolvê-la.