Как можно производить электричество без батарей? Конечно с магнитами! В этом руководстве я покажу, как из магнита и кое-каких электрических компонентов можно сделать простой фонарик, который не нуждается в батарейках! Этот тип фонарика отлично подходит для пеших прогулок, кемпинга и в чрезвычайных ситуациях. Отказ от батарей означает, что вечный фонарик всегда готов к работе!
Необходимые материалы для самозарядного фонаря: маленький отрезок трубы из ПВХ, магнитный провод, неодимовый магнит, светодиоды, 4 диода или 1 диодный мост, конденсатор, резистор, провод, макетная плата и изолента.
Шаг 1: Отрежьте ПВХ и намотайте вокруг проволоку
Первый шаг — разрезать кусок трубки ПВХ (или другого немагнитного материала). Внутренний диаметр трубки будет определять размер магнита, который вам нужно использовать. Я использовал трубку с внутренним диаметром 2 см, и обрезал ее до длины 16,5 см. Длина не имеет большого значения, но имейте в виду, что магнит должен иметь небольшое пространство для перемещения, когда вы встряхиваете фонарь. Я использовал для фонарика 2-сантиметровый магнит.
После разрезки ПВХ настало время обмотать проволоку вокруг трубки. Делая это, не забудьте оставить свободные концы в начале и в конце намотки. Эти концы позже присоединятся к другим проводам. Я использовал тонкий провод 30 калибра.
Для вращения трубки я использовал дрель, удерживая провод и оборачивая его в центре вращающейся трубки. Я не могу сказать, сколько оборотов нужно сделать, но пара сотен должна сработать. Генерируемое выходное напряжение напрямую связано с числом витков. Удвоение числа витков должно удвоить напряжение (в идеальной системе). Я бы сказал, около 300 витков будет хорошим вариантом. Медленное вращение поможет вам получить хорошую, плотную катушку. Для удержания концов проволоки я использовал простую изоленту.
Шаг 2: Тестирование соединений
Прежде чем тратить время на сборку схемы, я хотел протестировать систему, чтобы убедиться, что она будет работать. Светодиоды, как и все диоды, позволяют электричеству течь только в одном направлении. Таким образом, в этой простой схеме, чтобы проверить сборку катушки и увидеть, производит ли она электричество, я использовал два светодиода.
Используя макетную плату, я подключил параллельно источник питания (катушку) и два диода. Я подключил провода от катушки к изолированному проводу, который затем вставил в макетную плату.
Если вы уверены в своих способностях, вы можете пропустить этот шаг и сразу перейти к сборке схемы!
Шаг 3: Соберите схему
Добавьте несколько элементов к схеме, чтобы вместо мигающего света получить равномерное свечение.
Шаг 4: Добавляем диодный мост
Диодный мост будет принимать переменное электричество с выхода катушки, и двигать его в одном направлении. Вы можете сделать диодный мост из четырех отдельных диодов, но я выбрал готовую сборку, которая объединена в один блок. С помощью диодного моста мы можем зажечь только один светодиод, так как все электричество будет течь в одном направлении. Или же, если вы хотите запитать большее количество светодиодов, вы можете добавить их параллельно.
Шаг 5: Добавляем резистор
Вам также понадобится резистор (R1), последовательно соединённый со светодиодом (D1). В своей сборке я использовал резистор на 300 Ом. Он ограничивает поток электричества через диод.
Шаг 6: Добавляем конденсатор
Теперь нам нужно устройство для хранения и сглаживания тока, а также для обеспечения стабильного потока энергии вместо коротких импульсов от катушки. Конденсатор (С1) работает именно так. Без конденсатора светодиод будет мигать, как стробоскоп.
Некоторые фонарики, питающиеся от энергии человека, используют перезаряжаемые батареи для сохранения большей мощности. Мы же, чтобы все было легко и дешево, просто используем конденсатор на 16 В ёмкостью 4700 мкФ.
Шаг 7: Проверка
Теперь, когда схема завершена, нам нужно добавить светодиодному фонарику на магните некоторые финальные штрихи. Я добавил тонкие магниты на каждом конце трубки, отталкивающие внутренний магнит. Эти магниты действуют как пружины, и позволяют не тратить энергию на удары о концы трубки.
Я также включил график мощности, генерируемой нашей схемой. Ваш график может варьироваться в зависимости от размера резистора или конденсатора.
Шаг 8: Для заучек – как всё работает
Я хотел бы кратко рассказать о том, как работает данная вещь. В данном случае ответом на опрос является закон Фарадея. Фарадей был английским ученым, изучавшим электромагнетизм. Он обнаружил, что перемещение магнитов возле проволочной катушки производит электричество.
Вот более конкретное определение закона Фарадея: любое изменение в магнитной среде катушки с проводом приведет к тому, что в катушке будет индуцировано напряжение (ЭДС). Независимо от того, как происходит изменение, напряжение будет произведено. Изменение может быть произведено путем изменения напряженности магнитного поля, перемещения магнита к катушке или от нее, перемещения катушки в магнитное поле или из него, вращения катушки относительно магнита и т. д.
В нашем случае мы будем перемещать магнит назад и вперед через катушку с проволокой. Каждый раз, когда магнит перемещается от одного конца трубки к другому, магнитное поле внутри катушки меняет направление (дважды). Генерируемое напряжение пропорционально быстроте изменения направления магнитного поля, умноженному на количество витков провода.
Сгенерированное напряжение = (число витков провода) x (изменение напряженности магнитного поля в секунду).
