9ボルト電池から大電流を得る方法

9V電池には、およそ次のエネルギーが蓄えられています。

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

ジュールはワット秒またはニュートンメートルです。最も理想的な条件下では、どこにでも完全に効率的なマシンがあり、9Vバッテリーには、次の距離にわたって指定された600Nの力を加えるのに十分なエネルギーが蓄えられています。

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

提案されたソレノイドは、\ $ 9V \ $で\ $ 25A \ $を必要とし、次の割合で電力を消費します：

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

指定された\ $ 600N \ $の力を適用し、その電力が与えられると、100％効率が良ければ、ソレノイドの速度を解くことができます。

$$ \ frac {225 \ cancel {W}} {1} \ frac {\ cancel {J}} {\ cancel {W} s} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0.375m / s $$

つまり、9V電池の蓄積エネルギーをすべて100％の効率で抽出できたとしても、それは全部ではありません。理想的なソレノイドが\ $ 0.375m / s \ $で動いていること、そしてバッテリーが\ $ 30m \ $を動かすのに十分なエネルギーを持っていることを知っていると、実行時間は次のとおりです。

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

またはバッテリーのエネルギーとソレノイドの電力から計算できます。

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

しかし、多分それで十分です。問題は、それを効率的に行う方法です。抵抗器の電力は次の式で与えられます。

$$ P = I ^ 2 R $$

9V電池の内部抵抗は、次の場合、おそらく\ $ 1.5 \ Omega \ $です。新鮮な。バッテリーが消耗すると上昇します。あなたのソレノイドはおそらく少なくとも別の\ $ 1 \ Omega \ $です。したがって、\ $ 25A \ $の場合、抵抗損失だけで次のようになります。

$$（25A）^ 2（1.5 \ Omega + 1 \ Omega）= 1562.5W $$

これを上記で検討した理想的なソレノイドが使用する電力（\ $ 225W \ $）と比較すると、これは非常に非効率的なシステムであることがわかります。これらの損失からの熱に対処することは挑戦になるでしょう。もちろん、\ $ 25A \ $での内部抵抗で失われる電圧は次のとおりであるため、9Vバッテリーから実際にこれを取り出すことはできません。

$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37.5V $$

…これはバッテリーから供給される9Vを超えています。

バッテリーまたはソレノイドのほかに、\ $ 225W \ $の電力を転送することが問題です。電力は電圧と電流の積であるため（\ $ P = IE \ $）、大量の電力を移動するには、高電流または高電圧を使用できます。ただし、ワイヤーにも抵抗があり、これにより電力が失われるためです。抵抗は電流の二乗に比例します。大電流よりも高電圧で大量の電力を移動する方が実用的です。これが、電力会社が非常に高い電圧で長距離にわたって電力を伝送する理由です。

したがって、\ $ 225W \ $を\ $ 9V \ $で移動する場合は、抵抗を非常に低く保つ必要があります。抵抗損失が非常に高くなるのを避けるため。つまり、太いワイヤー（回路内のワイヤーの大部分を占めるソレノイド内のワイヤーを含む）と内部抵抗の低いバッテリーを意味します。スーパーキャットの回答で説明されているように、ソレノイドの設計では、電流を電圧に、または電圧を電流に交換することもできます。

コメント

• ESRの観点からお答えいただきありがとうございます。あまりにも多くの人がバッテリーを理想的な電圧源と見なし、実際のバッテリーの重要な効果、特に一般的な9Vやコイン電池のような非常に危険にさらされたタイプを見逃しています。

指定していないので、家庭用の市販の9V電池を意味すると思います。標準の9Vバッテリーの容量は約400〜600mAhです。最も基本的な用語では、これらのバッテリーは「死んで」しまう前に1時間で約500ミリアンペアを供給できます。 は、理論的には探している電流を引き出すことができますが、複数の9Vバッテリーを並列に使用する場合でも（容量の合計）、バッテリーの各セットから約1〜2分かかります。標準の消費者向けバッテリーでは、これはかなり非現実的で、かなり非効率的です。おそらく分ごとに電池を交換したくないと想像できます。

サイズと重量が大きな要因でない場合は、大容量の大容量を調べます。 、急速放電鉛蓄電池。12Vで供給されます。これは、あなたが探しているものに近く、さまざまな時間（あなたの量に応じて）に数百アンペアの電流を供給することができます。 使用する/どのバッテリーを使用するか）。

コメント

• OPは'とは言っていません（まだ）バッテリーとは何か、したがってあなたの答えは、それが"標準"タイプであることを前提としています。あなたはあなたの仮定で正しいかもしれませんが、そうではないかもしれません。
• 優れた点。私の答えを少し編集しました。

ソレノイドの設計は、より多くを使用することの間のトレードオフです。より多くの電流を使用するのではなく、回転します。 9ボルトのバッテリーで実際に動作させることができるほど小さいソレノイドが、あなたが提案するほどの大電流で最適な動作を実現することは本当に疑わしいです。効率はおそらくより多くの巻数を使用する方が良いでしょう。

そうは言っても、9ボルトのバッテリーから得られる最大のソレノイド電流は、バッテリーと並列にコンデンサーを接続することによって得られます。次に、いくつかの効率的なスイッチを使用して、ソレノイドをバッテリーに交互に接続し、短絡させます（両方のスイッチを閉じることは避け、両方を開く時間を最小限に抑える必要があります。フライバックダイオードを使用して、エネルギーを安全に放散します。 「両方のオープン」時間）。バッテリーの寿命に関係なくソレノイド電流を完全に最大化するには、バッテリー時間と「短絡時間」の比率を設定して、バッテリーが約4.5ボルトに引き下げられるようにします。それはバッテリーがそれ自体を加熱するエネルギーの約半分を浪費する原因となるとしても、バッテリーから最大の電力を引き出します。比率を少し低く設定すると、バッテリーが6ボルトまでしか引き下げられず、コイル電流がわずかに（約12％）減少しますが、バッテリーのエネルギーの3分の1しか消費されないため、バッテリーの寿命は50％向上します。自己発熱で無駄になります。

9Vバッテリーを使用すると、1つの9Vバッテリーを使用できます。

それが実際の制約ではない場合は、複数を直列に接続してより高い電圧を実現することをお勧めします.9Vバッテリーを1つしか使用できない場合は、大容量のバッテリーを入手して、電流で充電することをお勧めします-回路を制限し、それを切り替えてソレノイドに電力を供給します。これでは持続的な出力は得られませんが、回路とソレノイドによっては、600Nが得られるはずです

2つのIMR高ドレインリチウム電池を直列に使用します。サイズ18650〜26650以上では、最大60アンペアの電流を供給できます。電圧が低すぎる（8.4）場合は、LiFePo電池を使用できます。または9.6ボルト（3.2ボルトの3倍）。