Какую мощность можно получить, тряся магнит в катушке?

[amon]

Если в задачке спрашивается то, что спросили, а не то, что хотели спросить, то все рассуждения о всех индукциях и магнитах лишние. КПД генератора (хорошо спроектированного) почти 100%, посему все определяется нашей общефизической подготовкой, поскольку мы - источник энергии. Проведя над собой короткий эксперимент, я получил, что товарищ средней упитанности в состоянии трясти груз весом 1 кг с частотой 1гц и амплитудой 0.3 м некоторое время, что дает среднюю по периоду мощность 0.6 вт. Это, видимо, и является ответом на поставленный вопрос: "Какую мощность можно получить, тряся магнит в катушке."

[Dmitriy40]

amon в сообщении #1158474 писал(а):

среднюю по периоду мощность 0.6 вт

Это максимум, при условии что всё остальное сработает как надо. А если диоды не откроются из-за недостатка ЭДС, то вся мощность уйдёт в тепло (в проводе катушки или звуках ударов груза).
Кроме того, в Вашем эксперименте бОльшая часть работы мышц тратится на разгон и торможение груза в крайних точках. Поставив по краям пружины можно трясти конструкцию на частоте резонанса практически лишь компенсируя потери на трение и полезную работу.

(Повышение мощности генератора)

Эффективную частоту генерации ЭДС можно поднять сделав магнит многополюсным ("склеив" магнитики встречно). И уменьшить амплитуду колебаний до длины между полюсами. И намотать катушку секционно встречно-последовательно.

[amon]

А как получить такую мощность - это другой вопрос, про это не спрашивали ;)

[AnatolyBa]

amon в сообщении #1158474 писал(а):

средней упитанности в состоянии трясти груз весом 1 кг с частотой 1гц и амплитудой 0.3 м некоторое время, что дает среднюю по периоду мощность 0.6 вт

не недооцениваете ли вы человеческие возможности? Есть же механические фонарики. Там прикладываются усилия только одной кисти и лампочка 4.5 ватт хорошо горит (или 2.5? не помню точно). Кроме того, не обязательно же человеческую силу привлекать. Положил устройство в чемодан, едешь в поезде, вагон трясет, а оно работает, заряжает что-нибудь

[amon]

AnatolyBa в сообщении #1158518 писал(а):

не недооцениваете ли вы человеческие возможности?

Считал, как обычно, в уме, мог и провраться. Однако, за меня такое соображение. Промышленные ручные генераторы (а они до сих пор выпускаются, несмотря на конкуренцию с солнечными элементами) весом до 1 кг имеют мощность до 1 вт, а все, что тяжелее должно крепиться стационарно. Так что моя оценка похожа на правильную.

[AnatolyBa]

Да, вы правы. Нашел характеристики этого фонарика. Работает с лампочками на 2.5-3 В, 0.16 А.

[wrest]

Фонарики Фарадея продаются и там обещают конечно златые горы (типа немного потряс и потом светит долго-долго).
Реальность конечно разочаровывает.

Магнит, конечно, надо брать цилиндрический, чтобы не кувыркался. Мощность может получиться в диапазоне единицы-десятки милливатт. На светодиод хватит если немного потрясти, он потом немного посветит.
Ну это конечно не эффективно. Самое эффективное из освещения "на ручной тяге" что мне попадалось - это икеевские фонарики, вот такие http://www.ikea.com/ru/ru/catalog/products/30190857/
там надо крутить динамку и заряд накапливается ионистором, потом отдается в светодиод.

[realeugene]

amon в сообщении #1158474 писал(а):

Если в задачке спрашивается то, что спросили, а не то, что хотели спросить, то все рассуждения о всех индукциях и магнитах лишние. КПД генератора (хорошо спроектированного) почти 100%, посему все определяется нашей общефизической подготовкой, поскольку мы - источник энергии. Проведя над собой короткий эксперимент, я получил, что товарищ средней упитанности в состоянии трясти груз весом 1 кг с частотой 1гц и амплитудой 0.3 м некоторое время, что дает среднюю по периоду мощность 0.6 вт. Это, видимо, и является ответом на поставленный вопрос: "Какую мощность можно получить, тряся магнит в катушке."

Гантелю весом 10 кГ можно некоторое время поднимать раз в секунду на высоту 0.5 метра, что даёт развиваемую человеческой рукой среднюю механическую мощность 50 Вт. Если же быстро приседать, то эта пиковая мощность составит несколько сотен ватт, хоть и не долго. А во время забега на Эмпайр-стейт-билдинг спортсмены забегают на высоту 320 метров примерно за 10 минут, что даёт развиваемую ими механическую мощность по подъему своего тела примерно 350 Вт. Так что, ограничения ТС по размерам конструкции и её устройству наверняка также важны.

[Mihaylo]

Сможет ли человек длительно натрясывать 10 Вт - стандарт по зарядке планшетов и смартфонов через микроUSB? Там 5 вольт, 2 ампера.

[Atom001]

amon в сообщении #1158474 писал(а):

дает среднюю по периоду мощность 0.6 вт

Выходит, что максимальная мощность никак не зависит от всех параметров, которые я указывал выше??? Не похоже на правду... Можно ведь в соленоид поместить магнитный кубик 5х5х5 мм, а можно кубик 1х1х1 мм. Можно взять проволоку с диаметром сечения 1 мм, а можно 0,1 мм; при той же длине соленоида получится разное количество витков. В каждом из этих случаев, как я понимаю, будет свой собственный максимум мощность, меньший того максимума, который может сгенерировать человек.

amon в сообщении #1158474 писал(а):

Если в задачке спрашивается то, что спросили, а не то, что хотели спросить

Поэтому всё-таки спрашивалось о реальном максимуме мощности с реальными параметрами.
Я, кстати, давно бы уже провёл эксперимент. Просто сейчас проволоки у меня нет....

Dmitriy40 в сообщении #1158479 писал(а):

Эффективную частоту генерации ЭДС можно поднять сделав магнит многополюсным ("склеив" магнитики встречно)

Как это? N+N (S+S)?

wrest в сообщении #1158690 писал(а):

Самое эффективное из освещения "на ручной тяге"

Да, конечно. Если сделать хороший редуктор, то можно не только фонарик, но и смартфон заряжать. Однако поставлена задача изготовить "генератор Фарадея", и отступать от этой задачи сейчас не можно.

[wrest]

Atom001 в сообщении #1159164 писал(а):

Да, конечно. Если сделать хороший редуктор, то можно не только фонарик, но и смартфон заряжать.

Дело не в собственно редукторе, а в том что в конструкции ротор-статор достигается весьма высокий КПД (больше 80%) преобразования механической энергии в электрическую, поскольку механическая энергия на "механические" цели расходуется только на первоначальный разгон ротора, а также на трение, которое можно минимизировать. А при трясении магнита в соленоиде вы будете постоянно расходовать механическую энергию на механический разгон-торможение магнита и вообще всей конструкции, так что КПД будет мизерный.

Atom001 в сообщении #1159164 писал(а):

Однако поставлена задача изготовить "генератор Фарадея", и отступать от этой задачи сейчас не можно.

Исходя из чтения отзывов на подобные реальные устройства ("фонарик фарадея") я бы предположил единицы милливатт, при хорошем раскладе - десятки.

[Dmitriy40]

Atom001 в сообщении #1159164 писал(а):

Dmitriy40 в сообщении #1158479 писал(а):

Эффективную частоту генерации ЭДС можно поднять сделав магнит многополюсным ("склеив" магнитики встречно)

Как это? N+N (S+S)?

Да, типа такого: SN-NS-SN-...-NS-SN. Вплотную может и не склеить, зависит от клея (и в общем конструкции), смысл в увеличении количества перепадов магнитного поля при каждом пролёте магнита.
Ну и как говорил, есть несколько методов увеличения КПД за счёт усложнения конструкции.

-- 12.10.2016, 15:59 --

wrest в сообщении #1159198 писал(а):

Дело не в собственно редукторе,

Мне кажется и в нём тоже, и существенно. Он поднимает скорость пролёта магнитов мимо витков, т.е. скорость изменения магнитного поля, т.е. ЭДС. А это тоже важно, для электронных схем может даже важнее мощности (очень мало схем заработают от десятка мВ даже при токе 1А).

[wrest]

Dmitriy40 в сообщении #1159201 писал(а):

Мне кажется и в нём тоже, и существенно. Он поднимает скорость пролёта магнитов мимо витков, т.е. скорость изменения магнитного поля, т.е. ЭДС. А это тоже важно, для электронных схем может даже важнее мощности (очень мало схем заработают от десятка мВ даже при токе 1А).

Скорость вращения роторов генераторов на Саяно-Шушенской ГЭС -- 143 оборота в минуту.
Так что -- всё относительно :)

[arseniiv]

Никто почему-то не спросил: за сколько таких скачков туда-сюда магнит размагнитится? Он же ударяется о стенки, если ничего не предпринять (в одном китайском фонарике ничего не было, бедный магнитик). (Или, эм, «существенно размагнитится» — скажем, величина его поля, если магнит поместить в пустоту, станет везде не больше старой величины, умноженной на одну и ту же для всех точек пространства константу (например, $1/e$).)

[Atom001]

Dmitriy40 в сообщении #1159201 писал(а):

Ну и как говорил, есть несколько методов увеличения КПД за счёт усложнения конструкции.

Кстати, а как влияет секционная намотка проволоки на КПД? Численно.

wrest в сообщении #1159198 писал(а):

Исходя из чтения отзывов на подобные реальные устройства ("фонарик фарадея") я бы предположил единицы милливатт, при хорошем раскладе - десятки.

Не, ну это слишком мало. По-моему, даже скверный "фонарик Фарадея" должен генерировать хотя бы один дециватт.

arseniiv в сообщении #1159209 писал(а):

Он же ударяется о стенки, если ничего не предпринять

Спасибо, за указание. Об этом я тоже не думал. Грубо говоря, если положить по краям ватку, то всё будет sehr gut. Однако, мне больше нравится идея Dmitriy40 о пружинках. Вот только нельзя же взять первые попавшиеся пружинки, нужно рассчитать оптимальную жёсткость, а потом уже подбирать пружинки. Технически это не просто.

arseniiv в сообщении #1159209 писал(а):

«существенно размагнитится»

Неодимовые магниты, насколько я знаю, очень долго достигают указанной фазы.