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

在我們開始之前，了解發(fā)電機(jī)很重要。它們不發(fā)電。是的，你沒聽錯(cuò)！事實(shí)上，電力永遠(yuǎn)無(wú)法產(chǎn)生;根據(jù)守恒定律，能量只能從一個(gè)州轉(zhuǎn)移到另一個(gè)州。因此，在發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)子使用來(lái)自渦輪機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的任何機(jī)械耦合旋轉(zhuǎn)，并且這種機(jī)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(lái)產(chǎn)生足夠小的電力來(lái)點(diǎn)亮 LED。聽起來(lái)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(gè)指尖陀螺發(fā)電機(jī)項(xiàng)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?cè)陧?xiàng)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(chǎng)（B），這將吸引其周圍區(qū)域的任何金屬片。產(chǎn)生這種磁場(chǎng)是因?yàn)?a href="http://www.www27dydycom.cn/tags/電流/" target="_blank">電流流過(guò)電磁鐵內(nèi)部的線圈，正如我們所知，根據(jù)法拉第感應(yīng)定律，所有載流導(dǎo)體都會(huì)在它們周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。由于線圈布置，該磁場(chǎng)集中在特定點(diǎn)，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(yīng)該能夠通過(guò)在電磁鐵附近產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生電流，使其充當(dāng)發(fā)電機(jī)。因此，為了創(chuàng)造這種變化的磁場(chǎng)，我們將使用帶有指尖陀螺的釹磁鐵。

發(fā)電機(jī)項(xiàng)目設(shè)置：

設(shè)置相對(duì)簡(jiǎn)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(qiáng)大，如果您用空手旋轉(zhuǎn)它，它會(huì)試圖被電磁鐵吸引。因此，使用一些安排來(lái)保持它們都完好無(wú)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(wú)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(jī)已準(zhǔn)備好行動(dòng)。只需用手旋轉(zhuǎn)指尖陀螺，您應(yīng)該會(huì)注意到 LED 發(fā)光。也可以在本頁(yè)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(shí)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(yīng)該已經(jīng)注意到，無(wú)論您以哪個(gè)方向旋轉(zhuǎn)微調(diào)器或以哪種極性連接 LED 都會(huì)發(fā)光。這是因?yàn)檫@里的LED實(shí)際上是在交流電壓下發(fā)光的。什么。。。。？？？？？

是的，沒有發(fā)電機(jī)能夠產(chǎn)生直流電壓。當(dāng)發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生電壓時(shí)，其默認(rèn)電壓將為交流電。即使在直流發(fā)電機(jī)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(jī)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(gè)餅干來(lái)理解到目前為止的事情。但是，讓我們嘗試使用一些公式來(lái)弄清楚更多的事情。

這里使用的電磁鐵型號(hào)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(guò)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(jì)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?yàn)槊坷迕拙嚯x給出 25N。

使用上述值，我們的電磁鐵中的匝數(shù)計(jì)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(lái)找到旋轉(zhuǎn)器與磁鐵一起旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)（mmf）。

MMF = I × N

其中，I 是電流，N 是匝數(shù)。

流過(guò)LED的電流可能約為20mA。

MMF = 0.02 * 715 = 14.3 At

與實(shí)際發(fā)電機(jī)相比，MMF的這個(gè)值非常非常小，但對(duì)于帶有磁鐵的指尖陀螺來(lái)說(shuō)，這就是我們所能得到的。另外，請(qǐng)注意，我們執(zhí)行的這些計(jì)算僅用于理解基礎(chǔ)，不用于分析。