如何使用电磁铁和指尖陀螺构建一个简单的发电机

发电机是非常常见和有用的电机，由迈克尔法拉第于1832年发现。从那时起，我们一直在所有发电厂使用这些机器为我们的星球提供电力。在这个项目中，我们将使用电磁铁和指尖陀螺构建一个简单的发电机，以了解发电机的概念。

在我们开始之前，了解发电机很重要。它们不发电。是的，你没听错！事实上，电力永远无法产生;根据守恒定律，能量只能从一个州转移到另一个州。因此，在发电机中，转子使用来自涡轮机或发动机的任何机械耦合旋转，并且这种机械旋转在定子中转换为电能。我们将做同样的事情，我们将使用指尖陀螺作为转子，使用电磁铁作为定子来产生足够小的电力来点亮 LED。听起来很有趣吧？让我们开始吧...

所需材料：

指尖陀螺

电磁体

钕磁铁

电磁铁如何工作？

在继续这个指尖陀螺发电机项目之前，由于我们使用的是电磁铁，让我们了解它是如何工作的。我们在项目中使用的是12V 0.25A（更多技术规格将在后面讨论）电磁铁。所以很明显，如果我们提供12V，它将消耗大约0.25A并产生磁场（B），这将吸引其周围区域的任何金属片。产生这种磁场是因为电流流过电磁铁内部的线圈，正如我们所知，根据法拉第感应定律，所有载流导体都会在它们周围产生磁场。由于线圈布置，该磁场集中在特定点，因此能够吸引金属。但这不是我们希望它在这里工作的方式。

牢记相同的法拉第定律，我们也应该能够通过在电磁铁附近产生变化的磁场来产生电流，使其充当发电机。因此，为了创造这种变化的磁场，我们将使用带有指尖陀螺的钕磁铁。

发电机项目设置：

设置相对简单，您只需将钕磁铁放在指尖陀螺上（如下所示），然后将其直接放在电磁铁上即可。

钕磁铁非常强大，如果您用空手旋转它，它会试图被电磁铁吸引。因此，使用一些安排来保持它们都完好无损。我使用了如下图所示的螺母和螺栓布置。完成此操作后，将LED连接到电磁铁的输出端子（无极性），您就可以开始旋转了。

使用指尖陀螺使 LED 发光发电：

我们的迷你发电机已准备好行动。只需用手旋转指尖陀螺，您应该会注意到 LED 发光。也可以在本页末尾的视频演示中找到相同的内容。旋转得越快，它发出的光就越亮。花一些时间享受你的输出，稍后让我们分析一下这里发生了什么。

好了，现在为了技术，让我们分析一些东西。您应该已经注意到，无论您以哪个方向旋转微调器或以哪种极性连接 LED 都会发光。这是因为这里的LED实际上是在交流电压下发光的。什么。。。。？？？？？

是的，没有发电机能够产生直流电压。当发电机中产生电压时，其默认电压将为交流电。即使在直流发电机中，定子产生的直接电压也是交流电，然后使用称为换向器的布置机械转换为直流电。

估算微调器产生的通量：

到目前为止一切顺利，你可以继续给自己一个饼干来理解到目前为止的事情。但是，让我们尝试使用一些公式来弄清楚更多的事情。

这里使用的电磁铁型号为ZYE1-P20/16，其数据表中提到了以下规格。（还有更多，我只列出了必需的）

电压：12V

电流：0.25A

保持力：2.5公斤/厘米2或 25N

中心直径：8毫米

为了找到内部线圈的匝数，让我们使用公式

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2×g2)

哪里

F = 保持力（以牛顿为单位）

N = 我们打算找到的圈数

I = 流过电磁铁的电流，单位为安培

μ0 = 磁常数，即 4π×10-7

a = 吸引力面积，单位为 m2

g = 电磁铁和金属之间的间隙，单位为米

在这些中，我们知道数据表中的力为25N，电流为0.25A，并且使用πr计算吸引力面积2（其中 是 8 毫米），给出 0.125m2.最后，间隙为 0.01m，因为每厘米距离给出 25N。

使用上述值，我们的电磁铁中的匝数计算出大约在 715 圈左右。现在我们知道了电磁铁的匝数，我们可以利用这些信息来找到旋转器与磁铁一起旋转时产生的磁动势（mmf）。

MMF = I × N

其中，I 是电流，N 是匝数。

流过LED的电流可能约为20mA。

MMF = 0.02 * 715 = 14.3 At

与实际发电机相比，MMF的这个值非常非常小，但对于带有磁铁的指尖陀螺来说，这就是我们所能得到的。另外，请注意，我们执行的这些计算仅用于理解基础，不用于分析。