Jak získat vysoký proud z 9voltových baterií

9V baterie má přibližně uloženou energii:

$$ \ require {cancel} \ frac {560 \ cancel {m} A \ cancel {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ zrušit {h}} \ frac {1} {1000 \ zrušit {m}} \ přibližně 18144 VAs \ přibližně 18 kJ $$

A joule je watt sekunda nebo newtonmetr. Za nejideálnějších podmínek, kde jsou dokonale efektivní stroje všude, je v 9V baterii dostatek akumulované energie, aby bylo možné použít vámi určenou sílu 600 N na vzdálenost:

$$ \ frac {18 \ cancel {k} \ zrušit {J}} {1} \ frac {\ zrušit {N} m} {\ zrušit {J}} \ frac {1} {600 \ zrušit {N}} \ frac {1000} {\ zrušit {k} } = 30 m $$

Váš navrhovaný solenoid, vyžadující možná \ $ 25A \ $ při \ $ 9V \ $, spotřebovává elektrickou energii ve výši:

$$ 25A \ cdot 9V = 225W $$

Použitím zadané síly \ $ 600N \ $ a vzhledem k této síle můžeme vyřešit rychlost vašeho solenoidu, pokud je 100% efektivní, může poskytnout:

$$ \ frac {225 \ zrušit {W}} {1} \ frac {\ zrušit {J}} {\ zrušit {W} s} \ frac {\ zrušit {N} m} {\ zrušit {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0,375 m / s $$

Takže, i když dokážeme extrahovat veškerou uloženou energii 9V baterie se 100% účinností, není toho celá tuna. S vědomím, že se váš ideální solenoid pohybuje rychlostí \ 0,375 m / s \ $, a že baterie má dostatek energie na to, aby se mohla pohybovat \ $ 30 m \ $, runtime je:

$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0,375 \ cancel {m}} = 80s $$

Nebo mohli bychom to vypočítat z energie baterie a energie solenoidu:

$$ \ frac {18000 \ cancel {W} s} {1} \ frac {1} {225 \ cancel {W}} = 80 s $$

Ale možná to stačí. Otázkou je, jak to udělat efektivně. Elektrický výkon v odporu je dán vztahem:

$$ P = I ^ 2 R $$

Vnitřní odpor 9V baterie je možná \ $ 1,5 \ Omega \ $, když čerstvý. Postupně se vybíjí baterie. Váš solenoid je pravděpodobně alespoň další \ $ 1 \ Omega \ $. Takže při \ $ 25A \ $ budou vaše odporové ztráty samy o sobě:

$$ (25A) ^ 2 (1,5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562,5W $$

Porovnejte to s výkonem použitým ideálním solenoidem uvažovaným výše (\ $ 225 W \ $) a můžete vidět, že se jedná o absurdně neefektivní systém. Pouhé vypořádání se s teplem z těchto ztrát bude výzvou. Samozřejmě to z 9V baterie skutečně nedostanete, protože napětí ztracené nad vnitřním odporem při \ $ 25A \ $ je:

$$ 25A \ cdot 1,5 \ Omega = 37,5V $$

… což je více než 9 V dodávaných z baterie.

Kromě baterie nebo solenoidu je problém přenést \ $ 225 W \ $ elektrické energie sám o sobě. Protože síla je produktem napětí a proudu (\ $ P = IE \ $), k přesunutí většího množství energie můžete mít vysoký proud nebo vysoké napětí. Ale i dráty mají odpor, a protože k tomu ztrácí energii odpor je úměrný čtverci proudu, je praktičtější pohybovat velkým množstvím elektrické energie při vysokém napětí, než je tomu při vysokém proudu. To je důvod, proč elektrický nástroj přenáší energii na velké vzdálenosti při velmi vysokém napětí.

Takže pokud chcete přesunout \ $ 225W \ $ na \ $ 9V \ $, musíte udržovat odpor velmi nízký, aby se zabránilo velmi vysokým odporovým ztrátám. To znamená tlustý vodič (včetně vodiče ve vašem solenoidu, který tvoří většinu vodiče v obvodu) a baterie s nízkým vnitřním odporem. Můžete také vyměnit proud za napětí nebo napětí za proud v konstrukci vašeho solenoidu, jak popisuje odpověď supercat.

Komentáře

• Děkujeme, že jste na to odpověděli z hlediska ESR.Příliš mnoho lidí pohlíží na baterie jako na ideální zdroje napětí a chybí jim důležité účinky skutečných baterií, zejména vysoce kompromitovaných typů, jako jsou běžné 9V a knoflíkové články.

Protože jste to neurčili, předpokládám, že máte na mysli komerčně dostupnou 9V baterii pro domácnost. Standardní 9V baterie má kapacitu přibližně 400-600 mAh. V nejzákladnějších podmínkách mohou tyto baterie dodávat přibližně 500 miliampérů po dobu jedné hodiny, než budou „vybité“. Teoreticky byste mohli nakreslit proud, který hledáte, ale i pro několik 9V baterií paralelně (součet kapacity ), dostanete přibližně 1–2 minuty z každé sady baterií. Se standardními spotřebitelskými bateriemi je to celkem nereálné a neefektivní. Dokážu si představit, že pravděpodobně nebudete chtít měnit baterie každou minutu .

Pokud velikost a hmotnost nejsou obrovskými faktory, podívám se na velkou a vysokou kapacitu , olověné baterie s rychlým vybíjením. Jsou dodávány v 12V, což je téměř to, co hledáte, a mohou dodávat stovky proudů po různou dobu (podle toho, jak moc utratit / kterou baterii získáte).

Komentáře

• OP dosud ‚ neřekl (zatím ) jaká je baterie, a proto vaše odpověď předpokládá, že se jedná o “ standardní “ typ. Možná máte pravdu ve svém předpokladu, ale možná ne.
• Výborný bod. Trochu jsem upravil svou odpověď.

Návrh solenoidu je kompromisem mezi používáním více otáčky proti použití více proudu. Opravdu pochybuji, že jakýkoli malý solenoid, který je dostatečně malý na to, aby jej bylo možné realisticky ovládat z 9voltové baterie, by dosáhl optimálního chování při tak vysokém proudu, jaký navrhujete. Účinnost by s největší pravděpodobností byla lepší při použití více otáček.

Jak již bylo řečeno, maximální proud solenoidu, který lze získat z 9voltové baterie, by byl získán paralelním připojením kondenzátoru k baterii a poté pomocí několika účinných spínačů střídavě připojte solenoid k baterii a zkratujte ji (je třeba se vyvarovat toho, aby byly oba spínače zavřeny, a měl by se minimalizovat čas, který jsou oba otevřené; použijte diodu flyback k bezpečnému rozptýlení energie „oba otevřené“ časy). Chcete-li absolutně maximalizovat proud solenoidu bez ohledu na životnost baterie, nastavte poměr doby baterie k „době zkratu“ tak, aby baterie klesla na přibližně 4,5 voltu. To z baterie vytáhne maximální energii, i když to způsobí, že baterie sama ztratí přibližně polovinu své energie. Nastavení poměru o něco nižší, takže baterie se sníží pouze na 6 voltů, mírně sníží proud cívky (přibližně o 12%), ale zlepší životnost baterie o 50%, protože pouze třetina energie baterie bude plýtvání vlastním ohřevem.

Použití 9V baterie znamená použití jedné, 9V baterie.

Pokud to není skutečné omezení, pod kterým pracujete, doporučuji sériově připojit několik, abyste dosáhli vyššího napětí. Pokud můžete použít pouze jednu 9V baterii, doporučuji pořídit vysokokapacitní kondenzátor a nabít jej proudem – omezující obvod a poté jej přepnout na napájení vašeho solenoidu. Nedojde k trvalému výkonu, ale v závislosti na obvodu a solenoidu by vám měl poskytnout 600 N

Použijte dvě sériové lithiové baterie IMR s vysokým odběrem. Velikosti 18650 až 26650 nebo více mohou dodávat proudy až 60 A. Pokud je napětí příliš nízké (8,4), můžete použít baterie LiFePo f nebo 9,6 voltů (3krát 3,2 voltů).