PDF) Проект линейного генератора с постоянными магнитами

Power Move: манипулирование магнитами для улучшения выходной мощности генератора

Электричество, которое вы используете для питания повседневных устройств, вырабатывается электрическими генераторы. Эти увлекательные и мощные машины работают на основе магнитов. Хотя они могут показаться чрезвычайно сложными, как только вы закончите этот научный проект, вы поймете, как, почему и когда они генерируют электричество. Вы соберете свой собственный генератор, внесете небольшие изменения в расположение магнитов и проверите, когда движущиеся магниты генерируют электричество.

Заключение

Вы должны иметь терпение и ловкость, чтобы аккуратно смотать несколько слоев проволоки (или найти кого-то, кто может вам помочь). Вам также нужно будет подключить базовую схему. Понимание электрических цепей не является обязательным условием для этого научного проекта, хотя позволит глубже понять электрический генератор.

Набор, содержащий все специальные предметы, необходимые для этого проекта, можно приобрести у нашего партнера Home Science Tools.

Неодимовые магниты очень сильные. Следуйте указаниям по технике безопасности, изложенным в Процедуре работы с этими магнитами.

Сабина де Брабандере, доктор философии, друзья по науке

Введение

Вы когда-нибудь исследовали или интересовались мощной связью между электричеством и магнетизмом? Может быть, вы построили электромагнит, как в научном проекте «Сила электромагнита», или вы создали электродвигатель в «Собери простой электродвигатель!», или, возможно, вы даже произвели собственное электричество в «Человеческой силе». Энергия. Независимо от того, экспериментировали ли вы, читали или просто интересуетесь взаимосвязью, этот научный проект даст вам практическое исследование того, что важно при проектировании электрического генератора. Чтобы полностью понять этот научный проект, вам нужно будет изучить некоторые основные физические принципы, прежде чем приступить к практической части.

электромагнетизм это изучение того, как электричество и магнетизм работать вместе. И электричество, и магнетизм возникают в результате движения электронов, которые представляют собой крошечные частицы с электрическим зарядом, которые вращаются внутри каждого атома. Объяснение того, как они создают электрические токи in проводники можно найти в учебнике Science Buddies «Электричество, магнетизм и электромагнетизм: электрический ток».

Электрический генератор представляет собой мощную машину, вырабатывающую электрический ток. Большинство используют сильные Магниты. Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму: Магнетизм познакомит вас с магнитами и магнитные поля, которые представлены полевые линии. Прочтите внимательно; это поможет вам лучше понять этот научный проект.

В учебнике объясняется, как можно обнаружить магнитное поле с помощью компаса. Он показывает, как линии поля можно сделать видимыми с помощью железных опилок, что является забавным занятием, которое вы сможете выполнить в этом научном проекте! Помните, что сильное поле означает, что магнит сильно толкает или притягивает магнитный материал и представлен силовыми линиями, которые сгруппированы близко друг к другу. Поле слабее там, где линии разнесены дальше друг от друга.

Техническое примечание к учебнику объясняет, как ферромагнитный материал намагничивается как магнитные поля крошечных магнитные домены выстраиваются внутри материала, делая его магнитным. При рассмотрении всей информации может показаться логичным, что силовые линии магнитного поля не заканчиваются на северном или южном полюсах; они продолжаются внутри магнита или магнитного материала, образуя замкнутые петли, как показано на рисунке 1. Обратите внимание, что силовые линии собираются вместе внутри магнита или ферромагнитного материала, указывая на сильное магнитное поле.

Рисунок 1. Стержневой магнит с линиями магнитного поля, показанными как внутри, так и снаружи магнита. Обратите внимание, что должно быть равное количество (здесь показано 13) силовых линий внутри и снаружи магнита. Внутри магнита нарисовано только семь (семь синих стрелок).

В учебнике также объясняется, как электрический ток (или движущийся электрический заряд) генерирует магнитное поле и создает электромагнит . Вы можете перевернуть это? Может ли движущийся магнит каким-то образом генерировать электрический ток в замкнутом контуре проводящего провода? Майкл Фарадей (1791–1867) и Джозеф Генри (1797–1878) независимо друг от друга обнаружили, что это возможно. Эффект называется электромагнитная индукция и это именно то, что вы будете изучать в этом научном проекте.

Обратите внимание: если в какой-то момент детали того, как, почему и когда генерируется этот ток, слишком сложны, подумайте о том, чтобы начать с научного проекта «Пролить свет на электрические генераторы: больше катушек генерируют больше электроэнергии?» Вы по-прежнему сможете генерировать электроэнергию и сможете изучить, как изменение количества витков провода влияет на генерируемую электроэнергию. Затем вы сможете вернуться к этому научному проекту, когда почувствуете, что готовы.

Теперь, как работает электромагнитная индукция? Во-первых, важно отметить, что электричество будет только генерироваться, когда магнит и замкнутый контур провода перемещение по отношению друг к другу. Если вы держите магнит рядом с проводом совершенно неподвижно, электричество не будет генерироваться. Здесь становится немного сложнее. Движение одного относительно другого равно недостаточно. Движение должно создать изменение количества линий поля, пересекающих область, покрываемую петлей. Рисунок 2 иллюстрирует эту идею. На рис. 2 силовые линии параллельны области, покрытой петлей. Перемещение магнита ближе к петле не меняет количество силовых линий, пересекающих площадь, охватываемую петлей. Это движение не будет индуцировать (или создавать) электрический ток. Если силовые линии перпендикулярны области, покрытой петлей, как показано на рисунке 2.C., движение магнита вызовет большое изменение числа силовых линий, пересекающих область, и вызовет большой электрический ток. Рисунок 2.Б. иллюстрирует промежуточную ситуацию, когда силовые линии расположены под углом по отношению к контуру. Перемещение магнита вызовет электрический ток.

Рисунок 2. Если число силовых линий магнитного поля, пересекающих площадь, натянутую замкнутой петлей проводящего провода, изменится, в проводе будет индуцироваться электрический ток. Прямая оранжевая стрелка представляет движение магнита; изогнутая оранжевая стрелка представляет собой индуцированный электрический ток.

Количество производимого электрического тока пропорционально скорость изменения числа линий поля, проходящих через петлю, что означает, насколько быстро количество линий поля, проходящих через петлю, изменяется с течением времени. Вы можете увеличить это, используя более сильный магнит (который имеет более сильное магнитное поле, представленное большим количеством силовых линий), или перемещая магнит быстрее, или (как показано на рисунке 2), изменяя ориентацию силовых линий относительно петля.

Итак, вы узнали об электрическом токе, индуцируемом в петле проводящего провода. А теперь давайте кратко рассмотрим направление индуцированного электрического тока. Изменение направления магнита (перестановка северного и южного полюсов) приведет к тому, что ток, наведенный в петле, будет течь в другом направлении, как показано на рисунке 3. Другой способ изменить направление наведенного тока — изменить направление движения. (приближаясь или удаляясь от петли проводящего провода).

Схема, показывающая магнит, движущийся вверх и через петлю из проводящего провода в разных ориентациях, чтобы создать ток в проводе. Направление тока может быть по часовой стрелке или против часовой стрелки в зависимости от того, какой полюс магнита проходит через петлю. Когда северный полюс магнита сначала проходит через петлю, создается ток по часовой стрелке. Когда южный полюс магнита сначала проходит через петлю, возникает ток против часовой стрелки.

Рисунок 3. При перемещении магнита к замкнутому контуру проводящего провода в проводе возникает электрический ток. Ток изменит направление, когда вы поменяете полюса (как показано на рисунке) или когда вы измените направление, в котором движется магнит. Обратите внимание, что когда магнит и петля не движутся друг относительно друга, в петле из проводящего провода не индуцируется ток.

Если вы подносите чередующиеся южный, а затем северный полюса к проволочной петле или перемещаете полюс к проволочной петле, а затем от нее снова и снова, электроны продолжают двигаться вперед и назад (или ток продолжает менять направление), создавая то, что называется переменный ток (переменный ток). Прежде чем начать, прочитайте Учебное пособие по электричеству, магнетизму и электромагнетизму: постоянный ток и переменный ток. Тогда вы будете готовы узнать, как количество петель или витков влияет на количество вырабатываемой электроэнергии, и зажечь несколько огней!

Проект линейного генератора с постоянными магнитами

Линейный генератор является альтернативным решением в обеспечении электроснабжения с высокой эффективностью. Без каких-либо вращающихся частей в двигателе машина будет легкой и компактной. Перспективное применение этой машины в промышленных, коммерческих и личных целях, особенно там, где требуется автономное производство электроэнергии. Это также жизненно важно, когда энергосистема недоступна. Его также можно использовать в качестве альтернативного генератора энергии для гибридных и электрических транспортных средств.