Come ottenere una corrente elevata da batterie da 9 volt

Una batteria da 9 V ha unenergia immagazzinata di circa:

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

Un joule è un watt-secondo o un newton-metro. Nelle condizioni più ideali, con macchine perfettamente efficienti ovunque, cè abbastanza energia immagazzinata in una batteria da 9 V per applicare la forza di 600 N specificata su una distanza di:

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

Il solenoide proposto, che richiede forse \ $ 25A \ $ a \ $ 9V \ $, consuma energia elettrica al ritmo di:

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

Applicando la forza specificata di \ $ 600N \ $ e data quella potenza, possiamo calcolare la velocità del tuo solenoide, se fosse efficiente al 100%, potrebbe fornire:

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

Quindi, anche se possiamo estrarre tutta lenergia immagazzinata dalla batteria da 9 V con unefficienza del 100%, non ce nè una tonnellata. Sapendo che il tuo solenoide ideale si sta muovendo a \ $ 0,375 m / s \ $ e che la batteria ha energia sufficiente per muoversi di \ $ 30 m \ $, runtime è:

$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0.375 \ cancel {m}} = 80s $$

Oppure potremmo calcolarlo dallenergia della batteria e dalla potenza del solenoide:

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

Ma forse è abbastanza. La domanda è come farlo in modo efficiente. La potenza elettrica in una resistenza è data da:

$$ P = I ^ 2 R $$

La resistenza interna di una batteria da 9V è forse \ $ 1.5 \ Omega \ $, quando fresco. Sale mentre la batteria si scarica. Il tuo solenoide è probabilmente almeno un altro \ $ 1 \ Omega \ $. Quindi a \ $ 25A \ $, le tue sole perdite resistive sarebbero:

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

Confronta questo con la potenza utilizzata dal solenoide ideale considerato sopra (\ $ 225W \ $) e puoi vedere che questo è un sistema assurdamente inefficiente. Solo affrontare il caldo di queste perdite sarà una sfida. Ovviamente, non è possibile estrarlo da una batteria da 9 V, perché la tensione persa sulla sua resistenza interna a \ $ 25A \ $ è:

$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37,5V $$

… che è più dei 9V forniti dalla batteria.

Oltre alla batteria o al solenoide, il trasferimento di \ $ 225W \ $ di energia elettrica è un problema stesso. Poiché la potenza è il prodotto di tensione e corrente (\ $ P = IE \ $), per spostare molta potenza puoi avere alta corrente o alta tensione. Ma anche i fili hanno resistenza, e poiché la potenza si perde a questo la resistenza è proporzionale al quadrato della corrente, è più pratico spostare elevate quantità di energia elettrica ad alta tensione piuttosto che ad alta corrente. Questo è il motivo per cui lutenza elettrica trasmette energia su lunghe distanze ad altissima tensione.

Quindi, se vuoi spostare \ $ 225W \ $ a \ $ 9V \ $, devi mantenere la resistenza molto bassa, per evitare che le perdite resistive siano molto elevate. Ciò significa filo grasso (incluso il filo nel solenoide, che rappresenta la maggior parte del filo nel circuito) e batterie con bassa resistenza interna. Puoi anche scambiare la corrente con la tensione, o la tensione con la corrente, nella progettazione del tuo solenoide, come descrive la risposta di supercat.

Commenti

• Grazie per aver risposto a questa domanda dal punto di vista ESR.Troppe persone considerano le batterie come fonti di voltaggio ideali e perdono gli effetti importanti delle batterie effettive, in particolare dei tipi altamente compromessi come le comuni celle a 9 V e a bottone.

Dato che non hai specificato, presumo che tu intenda una batteria da 9V per uso domestico disponibile in commercio. Una batteria standard da 9 V ha una capacità di circa 400-600 mAh. In termini più elementari, queste batterie possono fornire circa 500 milliampere per unora prima di essere “morte”. potresti , in teoria, assorbire la corrente che stai cercando, ma anche per diverse batterie da 9 V in parallelo (somma la capacità ), otterresti circa 1-2 minuti da ogni set di batterie. Con le batterie standard di consumo, è piuttosto irrealistico e piuttosto inefficiente. Posso immaginare che probabilmente non desideri cambiare le batterie ogni minuto .

Se le dimensioni e il peso non sono fattori importanti, prenderei in considerazione la capacità grande e alta , batterie al piombo acido a scarica rapida. Sono disponibili a 12V, che è vicino a quello che stai cercando, e possono fornire centinaia di ampere di corrente per periodi di tempo variabili (a seconda di quanto tu spendere / quale batteria ottieni).

Commenti

• LOP non ha ‘ detto (ancora ) qual è la batteria e quindi la tua risposta presuppone che sia un tipo ” standard “. Potresti essere corretto nel tuo assunto, ma potresti non esserlo.
• Ottima osservazione. Ho modificato un po la mia risposta.

Il design di un solenoide è un compromesso tra lutilizzo di più si trasforma rispetto allutilizzo di più corrente. Dubito davvero che qualsiasi solenoide piccolo abbastanza piccolo da poterlo azionare realisticamente con una batteria da 9 volt otterrebbe un comportamento ottimale con una corrente alta come suggerisci. Lefficienza sarebbe molto probabilmente migliore usando più giri.

Detto questo, la massima corrente del solenoide che può essere ottenuta da una batteria da 9 volt si otterrebbe collegando un condensatore in parallelo alla batteria, e quindi utilizzare un paio di interruttori efficienti per collegare alternativamente il solenoide alla batteria e metterlo in cortocircuito (si deve evitare di avere entrambi gli interruttori chiusi e si dovrebbe ridurre al minimo il tempo di apertura di entrambi; utilizzare un diodo flyback per dissipare in sicurezza lenergia durante il orario “entrambi aperti”). Per massimizzare in modo assoluto la corrente del solenoide senza tenere conto della durata della batteria, impostare il rapporto tra il tempo della batteria e il “tempo di cortocircuito” in modo che la batteria venga assorbita fino a circa 4,5 volt. Ciò trarrà la massima potenza dalla batteria, anche se farà sprecare circa la metà della sua energia per riscaldarsi. Impostando il rapporto un po più basso, in modo che la batteria si riduca solo a 6 volt, si ridurrà leggermente la corrente della bobina (di circa il 12%) ma migliorerà la durata della batteria del 50%, poiché solo un terzo dellenergia della batteria sarà sprecato nellautoriscaldamento.

Utilizzando una batteria da 9 V si utilizza una sola batteria da 9 V.

Se questo non è un vero vincolo a cui stai lavorando, ti consiglio di collegarne in serie diverse per ottenere una tensione maggiore. Se puoi utilizzare solo una singola batteria da 9V, ti consiglio di acquistare un condensatore ad alta capacità e caricarlo attraverso una corrente -circuito limitatore, quindi attivarlo per alimentare il solenoide. Ciò non darà unuscita sostenuta, ma a seconda del circuito e del solenoide, dovrebbe darti 600 N

Utilizza due batterie al litio ad alto consumo IMR in serie. Le taglie da 18650 a 26650 o più possono fornire correnti fino a 60 ampere. Se la tensione è troppo bassa (8.4) puoi utilizzare batterie LiFePo f o 9,6 volt, (3 volte 3,2 volt).