Простейший двигатель: Простой электродвигатель своими руками из подручных средств

Содержание

Простой электродвигатель своими руками из подручных средств

Многие радиолюбители всегда не прочь смастерить какой-нибудь декоративный прибор исключительно в демонстративных целях. Для этого используются простейшие схемы и подручные средства, особенно большим спросом пользуются подвижные механизмы, способные наглядно показать воздействие электрического тока. В качестве примера мы рассмотрим, как сделать простой электродвигатель в домашних условиях.

Что понадобится для простейшего электродвигателя?

Учтите, что изготовить рабочую электрическую машину, предназначенную для совершения какой либо полезной работы от вращения вала в домашних условиях довольно сложно. Поэтому мы рассмотрим простую модель, демонстрирующую принцип работы электрического двигателя. С его помощью вы можете продемонстрировать взаимодействие магнитных полей в обмотке якоря и статоре. Такая модель будет полезной в качестве наглядного пособия для школы или приятного и познавательного времяпрепровождения с детьми.

Для изготовления простейшего самодельного электродвигателя вам понадобится обычная пальчиковая батарейка, кусочек медной проволоки с лаковой изоляцией, кусочек постоянного магнита, по размерам не больше батарейки, пара скрепок. Из инструмента хватит кусачек или пассатижей, кусочка наждачной бумаги или другой абразивный инструмент, скотч.

Процесс изготовления электродвигателя состоит из таких этапов:

Намотайте на пальчиковую батарейку от 10 до 15 витков медной проволоки – это и будет ротор мотора. Можно использовать не только батарейку, но и любое круглое основание.

Снимите намотку с батарейки, постарайтесь не сильно нарушать диаметр витков. Зафиксируйте всю катушку двумя диаметрально противоположными витками, как показано на рисунке ниже. Рис. 1: зафиксируйте обмотку витками
При помощи мелкого наждака зачистите концы якоря электродвигателя. Ваша задача – удалить слой изоляции, так как через эти концы будет осуществляться токосъем.
При помощи пассатижей согните две скрепки таким образом, чтобы получились круглые петли посредине скрепки. В качестве основания для перегиба петли можно использовать любой твердый предмет, к примеру, спичку. Рис. 2: согните скрепку
Зафиксируйте скотчем обе скрепки на выводах пальчиковой батарейки, важно добиться плотного прилегания. Если нужно, намотайте несколько слоев скотча.

Поместите в петли концы ротора, он же будет выступать и валом электродвигателя. Зачищенные концы провода должны располагаться на скрепках. Рис. 3: поместите ротор в петли
Зафиксируйте под катушкой на поверхности пальчиковой батарейки постоянный магнит.

Простой электродвигатель готов – достаточно толкнуть пальцем катушку и она начнет вращательное движение, которое будет продолжаться до тех пор, пока вы не остановите вал мотора или не сядет батарейка.

Рис. 4: запустите катушку

Если вращение не происходит, проверьте качество токосъема и состояние контактов, насколько свободно ходит вал в направляющих и расстояние от катушки до магнита. Чем меньше расстояние от магнита до катушки, тем лучше магнитное взаимодействие, поэтому улучшить работу электродвигателя можно за счет уменьшения длины стоек.

Одноцилиндровый электродвигатель

Если предыдущий вариант никакой полезной работы не выполнял в силу его конструктивных особенностей, то эта модель будет немного сложнее, зато найдет практическое применение у вас дома. Для изготовления вам понадобится одноразовый шприц на 20мл, медная проволока для намотки катушки (в данном примере используется диаметром 0,45мм), проволока из меди большего диаметра для коленвала и шатуна (2,5 мм), постоянные магниты, деревянные планки для каркаса и конструктивных элементов, источник питания постоянного тока.

Из дополнительных инструментов понадобится клеевой пистолет, ножовка, канцелярский нож, пассатижи.

Процесс изготовления электродвигателя заключается в следующем:

При помощи ножовки или канцелярского ножа обрежьте шприц, чтобы получить пластиковую трубку.
Намотайте на пластиковую трубку тонкую медную проволоку и зафиксируйте ее концы клеем, это будет обмотка статора. Рис. 5: намотайте проволоку на шприц

С толстой проволоки удалите изоляцию при помощи канцелярского ножа. Отрежьте два куска проволоки.
Согните из этих кусков проволоки коленчатый вал и шатун для электродвигателя, как показано на рисунке ниже. Рис. 6: согните коленвал и шатун
Наденьте кольцо шатуна на коленчатый вал, чтобы обеспечить его плотную фиксацию, можно надеть кусок изоляции под кольцо. Рис. 7: наденьте шатун на коленвал
Из деревянных плашек изготовьте две стойки для вала, деревянное основание и ушко для неодимовых магнитов.
Склейте неодимовые магниты вместе и приклейте к ним ушко при помощи клеевого пистолета.
Зафиксируйте второе кольцо шатуна в ушке при помощи шплинта из медной проволоки. Рис. 8: зафиксируйте второе кольцо шатуна
Вставьте вал в деревянные стойки и наденьте втулки для ограничения перемещения, сделайте их из кусочков родной изоляции провода.
Приклейте статор с обмоткой, стойки с шатуном на деревянное основание, кроме дерева можете использовать и другой диэлектрический материал. Рис. 9: приклейте стойки и статор
При помощи саморезов с плоской шляпкой зафиксируйте выводы на деревянном основании. Два контакта должны иметь достаточную длину, чтобы касаться вала электродвигателя – один выгнутой части, другой прямой. Рис. 10: точки касания вала
Наденьте на вал с одной стороны маховик для стабилизации вращения, а с другой крыльчатку для вентилятора.
Припаяйте один вывод обмотки электродвигателя к контакту колена, а второй к отдельному выводу. Рис. 11: припаяйте выводы обмотки
Подключите электродвигатель к батарейке при помощи крокодилов.

Одноцилиндровый электродвигатель готов к эксплуатации – достаточно подключить питание к его выводам для работы и прокрутить маховик, если он находится в том положении, с которого сам стартовать не может.

Рис. 12: подключите питание

Чтобы прекратить вращение вентилятора, отключите электродвигатель посредством снятия крокодила хотя бы с одного из контактов.

Электродвигатель из пробки и спицы

Также представляет собой относительно простой вариант самоделки, для его изготовления вам понадобится пробка от шампанского, медная проволока в изоляции для намотки якоря, вязальная спица, медная проволока для изготовления контактов, изолента, деревянные заготовки, магниты, источник питания. Из инструментов вам пригодятся пассатижи, клеевой пистолет, мелкий натфиль, дрель, канцелярский нож.

Процесс изготовления электродвигателя будет состоять из таких этапов:

Обрежьте края пробки, чтобы получить две плоских поверхности, на которых будет располагаться провод.

Просверлите сквозное отверстие в пробке и проденьте в него спицу. С одной стороны намотайте изоленту. Рис. 13: вставьте спицу и намотайте изоленту
В торце пробки вставьте два отрезка проволоки и приклейте их.
Намотайте обмотку ротора из тонкой проволоки в одном направлении. Сделайте перемотку якоря изолентой, чтобы витки в электродвигателе не распустились во время работы.
Зачистите надфилем концы обмотки электродвигателя и выводы на пробке и соедините их.

Рис. 14: соедините концы обмотки и выводы

Для лучшего контакта можно припаять. Выводы следует согнуть так, чтобы они буквально лежали на спице.

Рис. 15: согните выводы

Сделайте деревянное основание, две опоры для вала и две стойки для магнитов. Высверлите в опорах отверстия под спицу.
Приклейте опоры на основание и вставьте в них ротор электродвигателя. Зафиксируйте подвижный элемент ограничителями, наиболее просто сделать их из изоленты. Рис. 16: установите вал на стойки

Из двух концов проволоки изготовьте щетки для электродвигателя и зафиксируйте их саморезами на основании. Рис. 17: щетки для электродвигателя
На стойки приклейте два магнита и разместите их с двух сторон от ротора с минимальным зазором.

Рис. 18: установите магниты

Наденьте крыльчатку вентилятора на вал и подключите к источнику питания – при протекании электрического тока по катушке произойдет магнитное взаимодействие с полем постоянных магнитов, благодаря чему и возникнет вращательное движение. Простейший электродвигатель готов, запитать его можно и от переменного тока в сети, но вместо батарейки вам придется использовать блок питания.

Видео инструкции в помощь

Как сделать электродвигатель за 15 минут / Хабр

Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы сами и сделаем.

Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем; секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:

— 1,5В батарея или аккумулятор.

— Держатель с контактами для батареи.

— Магнит.

— 1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм).

— 0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).

Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке типоразмера АА.

Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе.

Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.

Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.

Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.

Катушка должна выглядеть так:

Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это секрет, потому что это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены способностью мотора работать, пока не обнаружат эту тонкость.

Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции, оставляя нижнюю половину в эмалевой изоляции.

Проделайте тоже самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.

В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи, так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.

Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Это просто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, так как кроме поддержки катушки они должны доставлять ей электрический ток.

Просто оберните каждый кусок неизолированного провода вокруг небольшого гвоздя – и получите нужную часть нашего двигателя.

Основанием нашего первого электродвигателя будет держатель батареи. Это будет подходящая база, потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы электродвигатель не дрожал.

Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху аккумулятора магнит и аккуратно подтолкните катушку…

Если все сделано правильно, КАТУШКА НАЧНЕТ БЫСТРО ВРАЩАТЬСЯ! Надеемся, что у Вас, как и в нашем эксперименте, все заработает с первого раза.

Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит (если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели)?

Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание – чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку – и цепь будет разорвана.
Давайте выясним, как именно работает наш простейший электродвигатель. Когда по проводу любой катушки течет электрический ток, катушка становится электромагнитом. Электромагнит действует как обычный магнит. Он имеет северный и южный полюс и может притягивать и отталкивать другие магниты.

Наша катушка становится электромагнитом тогда, когда неизолированная половина выступающего провода катушки касается неизолированного держателя. В этот момент по катушке начинает течь ток, у катушки возникает северный полюс, который притягивается к южному полюсу постоянного магнита, и южный полюс, который отталкивается от южного полюса постоянного магнита.

Мы снимали изоляцию с верхней части провода, когда катушка стояла вертикально, поэтому полюса электромагнита будут направлены вправо и влево. А это значит, что полюса придут в движение, чтобы расположиться в одной плоскости с полюсами лежащего магнита, направленными вверх и вниз. Поэтому катушка повернется к магниту. Но при этом изолированная часть провода катушки коснется держателя, ток прервется, и катушка больше не будет электромагнитом. Она провернется по инерции дальше, вновь коснется неизолированной частью держателя и процесс повториться вновь и вновь, пока в батареях не кончится ток.

Каким образом можно заставить электромотор вращаться быстрее?

Один из способов – добавить сверху еще один магнит.

Поднесите магнит во время вращения катушки, и случится одно из двух: или мотор остановится, или начнет вращаться быстрей. Выбор одного из двух вариантов будет зависеть от того, какой полюс нового магнита будет направлен к катушке. Только не забудьте придержать нижний магнит, а то магниты прыгнут друг к другу и разрушат хрупкую конструкцию!

Другой способ – посадить на оси катушки маленькие стеклянные бусинки, что уменьшит трение катушки о держатели, а также лучше сбалансирует электродвигатель.

Существует еще много способов усовершенствования этой простой конструкции, но основная цель нами достигнута – Вы собрали и полностью поняли, как работает простейший электродвигатель.

Глава 3b — Первый закон — Закрытые системы

Глава 3b — Первый закон — Закрытые системы — Стирлинг Эбдайнс (обновлено 05.

07.2014)

Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы

b) Машины с идеальным циклом Стирлинга (двигатели / охладители)

1. Двигатель с циклом Стирлинга

Концептуально двигатель Стирлинга является самым простым из все тепловые двигатели. Он не имеет клапанов и включает в себя внешний подогрев. пространство и пространство с внешним охлаждением. Его изобрел Роберт Stirling, и интересный сайт к Боб Sier включает фотографию Роберта. Стерлинг, его оригинальный патентный рисунок 1816 года и анимированная модель. оригинального двигателя Стирлинга.

В исходном одноцилиндровом рабочем состоянии газ (обычно воздух или гелий) герметизируется внутри цилиндров поршень и перемещается между горячим и холодным пространством с помощью вытеснитель. Рычажный механизм, приводящий в движение поршень и вытеснитель, будет двигаться их так, что газ будет сжиматься, пока он находится в основном в охлаждать пространство сжатия и расширяться в то время как в горячем расширении Космос. Это ясно показано на соседней анимации, которая был произведен Ричардом Уилером ( Зефирис ) Википедия .

См. также анимацию, созданную Мэттом. Кевени в своем Стирлинге движок анимация сайт. Поскольку газ находится при более высокой температуре и, следовательно, давлении во время его при расширении, чем при его сжатии, вырабатывается больше мощности при расширении, чем реабсорбируется при сжатии, и это чистая избыточная мощность – это полезная мощность двигателя. Обратите внимание, что нет клапанов или прерывистого сгорания, что является основным Источник шума в двигателе внутреннего сгорания. Тот же рабочий газ используется снова и снова, что делает двигатель Стирлинга герметичная система замкнутого цикла. Все, что добавлено в систему, устойчивый высокотемпературный нагрев, и все, что удаляется из система представляет собой низкотемпературную (отработанную) теплоту и механическую энергию.

Афины, штат Огайо, является центром производства велосипедной машины Стирлинга. деятельности, как двигателей, так и охладителей, и включает НИОКР и компании-производители, а также всемирно известные консультанты в области компьютерного анализа цикла Стирлинга. материнской компанией этого вида деятельности является Sunpower . Он был сформирован Уильямом Beale в 1974 году, в основном на основе его изобретение свободнопоршневого двигателя Стирлинга, о котором мы расскажем ниже. Они разработали свободнопоршневой двигатель/генератор мощностью 1 кВт, а с 1995 эта технология была использована компанией British Gas для разработки ТЭЦ (комбинированного производства тепловой энергии). и мощность) – двигатель/генератор мощностью 1 кВт в настоящее время производства Микроген Engine Corporation (см. История и Двигатель интернет страницы).
В 2013 году компания Sunpower была приобретена компанией Ametek . в Пенсильвании, однако продолжает выполнять цикл Стирлинга. разработка машин в Афинах, штат Огайо.

Некоторые примеры одноцилиндровых двигателей Стирлинга: Стерлинг Технология (обратите внимание на недавнее название компании изменение: Комбинированная энергия Technology ) — дочерняя компания Sunpower. и изначально формировался для того, чтобы продолжить развитие и изготовление 3,5 кВт СТ-5 Воздушный двигатель . Этот большой одноцилиндровый двигатель сжигает топливо из биомассы (например, гранулы из опилок или рисовую шелуху) и может функционировать как когенерационная установка в сельской местности. это не свободнопоршневой двигатель и использует кривошипно-шатунный механизм для получения правильная фазировка буйка.
В настоящее время комбинированная энергетическая технология работает с Microgen Двигательная корпорация , международная компания, производящая свободнопоршневой двигатель/генератор MEC мощностью 1 кВт. Компания Combined Energy Technology разработала многотопливную горелку для двигатель и сотрудничает с Microgen, чтобы получить различные системы в магазин.

Еще одним важным ранним двигателем Стирлинга является двигатель Леманна. машина, на которой Густав Шмидт сделал первый разумный анализ Двигатели Стирлинга в 1871 году. Энди Росс из Колумбуса, штат Огайо, построил небольшой рабочая копия Леманн машина , а также модель воздушный двигатель .

Когенерация солнечной энергии и тепла: С нынешний энергетический кризис и кризис глобального потепления, возобновляется интерес к возобновляемым источникам энергии, таким как энергия ветра и солнца, и распределенные системы когенерации тепла и электроэнергии. Круто Energy из Боулдера, Колорадо, ранее разработал полный солнечных система когенерации тепла и электроэнергии для домашнее использование с использованием технологии двигателя Стирлинга для электричества поколение. Это уникальное приложение включало эвакуирован трубчатые солнечные тепловые коллекторы (слайд любезно предоставлено rusticresource.com ), аккумулирование тепла, горячая вода и обогреватели, а также Стерлинг двигатель/генератор, использующий газообразный азот. В настоящее время они концентрируются на низкотемпературных (150°C — 400°C) системах рекуперации тепла (См.: Круто Energy ThermoHeart 25 кВт Обзор двигателя ).

Идеальный анализ: Пожалуйста Примечание , что следующий анализ Двигатели с циклом Стирлинга идеальны и предназначены только в качестве примера. из Анализ первого закона закрытых систем. В реальном мире мы не можем ожидать реальные машины работают лучше чем на 40 — 50% от идеальных машина. Анализ реальных машин с циклом Стирлинга чрезвычайно сложный и требует сложного компьютерного анализа (см., например, веб-учебный ресурс по адресу: Stirling Цикл Машинный Анализ .)

Свободнопоршневой двигатель Стирлинга, разработанный Sunpower, Inc уникальна тем, что не требует механического соединения. между поршнем и вытеснителем, таким образом, правильная фазировка между ними происходит за счет использования давления газа и усилия пружины. Электроэнергия снимается с двигателя с помощью постоянных магнитов. прикреплен к поршню, приводящему в движение линейный генератор переменного тока. В основном Идеальный двигатель Стирлинга проходит 4 различных процесса, каждый из которых которые могут быть проанализированы отдельно, как показано на P-V схема ниже. Рассмотрим сначала работу, проделанную во всех четырех процессах.

Процесс 1-2 — это процесс сжатия, в котором газ сжимается поршнем, когда вытеснитель находится в верх цилиндра. Таким образом, в ходе этого процесса газ охлаждается в для поддержания постоянной температуры T _C . Работа W _1-2 требуется для сжатия газа показано как площадь под P-V кривой и оценивается следующим образом.

Процесс 2-3 является процесс вытеснения постоянного объема, при котором газ вытесняется из холодного пространства в горячее пространство расширения. Никакая работа не сделана, однако, как мы увидим ниже, значительное количество тепла Q _R поглощается газом из матрицы регенератора.
Процесс 3-4 представляет собой процесс изотермического расширения. Работа W _3-4 выполнена системой и отображается как область под P-V диаграмме, при этом тепло Q _3-4 добавляется в систему от источника тепла, поддержание постоянной температуры газа T _H .

Чистая работа W _net, выполненная за цикл, определяется по формуле: W _net = (W _3-4 + W _1-2 ), где работа на сжатие Вт _1-2 есть отрицательный (проделанная работа на система).

Теперь рассмотрим тепло, переданное за все четыре процессов, что позволит оценить тепловой КПД идеальный двигатель Стирлинга. Напомним из предыдущего раздела, что в для того, чтобы сделать анализ первого закона идеального газа, чтобы определить передаваемого тепла, нам нужно было разработать уравнения для определения изменение внутренней энергии Δu в пересчете на Конкретный Теплоемкость идеального газа .

Два процесса постоянного объема образованы удерживая поршень в фиксированном положении и перемещая газ между горячие и холодные помещения с помощью вытеснителя. Во время процесса 4-1 горячий газ отдает свое тепло Q _R, проходя через матрицу регенератора, которая в последующем полностью восстановился в процессе 2-3.

Мы найдем в главе 5 что это максимальный теоретический эффективность, достижимая от тепловой машины, и обычно упоминается как Карно эффективность. Для получения дополнительной информации по этому вопросу см. на бумагу: А Встреча Роберта Стирлинга и Сади Карно в 1824 году представлен на 2014 МЭК .

Обратите внимание, что при отсутствии регенератора тепло Q _R должно подаваться нагревателем. Таким образом, эффективность будет значительно сократиться до η _th = W _net / (Q _в + Q _R). Кроме того, охладитель должен будет отводить тепло, которое обычно поглощается регенератором, поэтому холодильная нагрузка будет увеличен до Q _из + Q _R . Напомним, что Q _2-3 = Q _R = -Q _4-1 .

Обратите внимание, что практический цикл Стирлинга имеет много потерь. связанный с ним и реально не связанный с изотермическими процессами, ни идеальной регенерации. Кроме того, поскольку Free-Piston Stirling циклические машины предполагают синусоидальное движение, P-V схема имеет овальную форму, а не острые края определены на приведенных выше схемах. Тем не менее, мы используем идеальную модель Стирлинга. цикл, чтобы получить первоначальное понимание и оценку цикла спектакль.

Проблема 3.2 — Sunpower EG-1000 Stirling Двигатель/генератор
________________________________________________________________________________

2. Охладитель цикла Стирлинга

Один из важных аспектов машин с циклом Стирлинга, который нам нужно учитывать, что цикл можно обратить вспять — если мы положим net работать в цикле, то его можно использовать для откачки тепла из источник температуры к высокотемпературному стоку. Солнечная сила принимал активное участие в разработке Холодильные системы с циклом Стирлинга и производство по циклу Стирлинга криогенные охладители для сжижения кислорода. В 1984 Sunpower разработала свободный поршень Duplex Машина Стирлинга , имеющая только три движущихся части, включая один поршень и два вытеснителя, в которых зажигался газ Двигатель цикла Стирлинга приводил в действие охладитель цикла Стирлинга. Глобальное похолодание была создана в 1995 году как дочерняя компания Sunpower, и был сформирован в основном для разработки свободнопоршневого цикла Стирлинга кулеры для домашнего холодильника. Эти системы, кроме значительно эффективнее обычного парокомпрессионного холодильники, имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они компактны, портативны. агрегаты, использующие гелий в качестве рабочей жидкости (а не хладагенты ГФУ например, R134a с потенциалом глобального потепления 1300). Более Недавно Global Cooling решила сосредоточить свои разработки усилия по системам, в которых практически нет конкурентных системы — охлаждение между -40°C и -80°C, и они установили новое название компании: Стерлинг Ультрахолод .
Обновить — 2021: Стерлинг Ultracold Ultra-Low Temperature (ULT) Морозильники отвечают сегодняшним беспрецедентным задачам развертывания COVID-19. Обратитесь к Walgreens Пример вакцины против COVID-19 , а также Стерлинг Ultracold объединяется с Biolife Solutions .

Нам повезло, что мы получили два оригинальных M100B. кулеры от Global Cooling. Один используется как демонстрационная единица, и показан в работе на следующей фотографии. Второй устройство настроено как ME Старший Лабораторный проект , в котором мы оцениваем фактическая производительность машины при различных заданных нагрузках и температуры.

Схематическая диаграмма, за которой следует анимированная схема кулера (оба любезно предоставлены Global Cooling (в настоящее время Stirling Ultracold ) показаны ниже

Концептуально кулер предельно прост. устройство, состоящее по существу всего из двух подвижных частей — поршня и вытеснитель. Буек перемещает рабочий газ (гелий) между пространствами сжатия и расширения. Фазирование между поршень и вытеснитель таковы, что, когда большая часть газа находится в окружающее пространство сжатия, то поршень сжимает газ, в то время как отвод тепла в окружающую среду. Затем вытеснитель вытесняет газ через регенератор в холодное расширительное пространство, а затем оба вытеснитель и поршень позволяют газу расширяться в этом пространстве, в то время как поглощая тепло при низкой температуре.

________________________________________________________________________________________

Задача 3.3 — Цикл Стирлинга Кулер M100B — Идеальный анализ

К сожалению, анализ фактического цикла Стирлинга машины чрезвычайно сложны и требуют сложного компьютера анализ. Рассмотрим идеализированную модель этого охладителя, определенную в термины диаграммы P-V показано ниже, чтобы определить идеальную производительность M100B в типичных рабочих условиях, как описано ниже. ( Примечание что представленные здесь значения не являются фактическими значениями M100B, однако были разработаны вашим инструктором для целей этого упражнения только ).

Процесс (1)-(2) представляет собой процесс изотермического сжатия при температуре Т _С = 30°C, в течение которого нагревается Q _C. отбрасывается в окружающую среду. Процесс (2)-(3) представляет собой постоянный объем процесс вытеснения, при котором тепло Q _R отводится в матрицу регенератора. Процесс (3)-(4) процесс изотермического расширения при температуре T _Е = -20°С, в течение которого плавка Q _E поглощается из морозильной камеры, и, наконец, процесс (4)-(1) является процесс вытеснения постоянного объема, в ходе которого тепло Q _R поглощается из матрицы регенератора. Таким образом, идеал Цикл Стирлинга состоит из четырех отдельных процессов, каждый из которых можно анализировать отдельно. Состояние (1) определяется на максимальной громкости 35 см ³ и давление 1,9 МПа, а состояние (2) определяется при минимальном объеме 30 см ³ . Энергия передается как при сжатии, так и при расширении. указано на P-V схемы следующим образом:

Поскольку рабочим телом является гелий, который является идеальным газа, мы везде используем уравнение состояния идеального газа. Таким образом, P V = m R T, где R = 2,077 кДж/кг K, и Δu = Cv ΔT, где Cv = 3,116 кДж/кг К. (см.: Идеал Свойства газа )

а) Определить теплоту, поглощаемую при расширении пробел Q _E во время процесс расширения (3) — (4) (Джоули). Определить также тепло потребляемая мощность (Ватт). Обратите внимание, что частота цикла – это линия частота (f = 60 Гц). [Вопрос _Е = 8,56 Дж (мощность = 513,6 Вт)]
б) Определить чистую работу, выполненную за цикл (Джоули): Вт _нетто = W _E + W _C (Обратите внимание, что работа сжатия W _C всегда отрицательна). Определить также потребляемую мощность к линейному электродвигателю (Ватт). [Вт _нетто = -1,69 Дж (мощность = -101 Вт)]
c) Оценка коэффициента полезного действия холодильник определяется как: COP _R = Q _E / Вт _нетто . (нагревать поглощается в пространстве расширения, деленному на чистую выполненную работу). [КС _Р = 5,07]
г) Определить количество теплоты, отводимой рабочая жидкость Q _R as он проходит через матрицу регенератора в процессе (2)-(3). [Q _Р = -16,46 Дж (мощность = -988 W)]
Если бы не было регенератора присутствует, то это тепло должно быть отведено от газа с помощью процесс расширения с целью снижения температуры до холода температура морозилки. Как это повлияет на производительность кулер? Обсудите важность эффективного регенератора в охладитель цикла Стирлинга.

____________________________________________________________________________________

К Части c) Первый закон — дизельные двигатели

К Части d) Закона Первый закон — двигатели цикла Отто

________________________________________________________________________________________

Инженерная термодинамика Израиля Уриэли находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3. 0 США Лицензия

Как сделать простейший электродвигатель

У вас есть один шуруп для гипсокартона, один щелочной элемент на 1,5 В, шесть дюймов простой медной проволоки, один небольшой неодимовый дисковый магнит и никаких других инструментов или расходных материалов. У вас есть 30 секунд, чтобы заставить электродвигатель работать со скоростью, превышающей десять тысяч оборотов в минуту. Ты можешь сделать это? Удивительно, но вы можете.

Давайте сделаем шаг назад. Наиболее распространенным типом электродвигателя является коллекторный электродвигатель постоянного тока. Это тот тип, который вы найдете внутри практически всего, что движется (или трясется) и работает от батареек. Этот тип двигателя притягивает электромагнит к постоянному магниту. Когда они достаточно близки, полярность тока через электромагнит меняется на противоположную, так что теперь он отталкивает постоянный магнит и, таким образом, продолжает вращаться. Построить работающую модель довольно просто; Кристиан построил этот пример для своего научного проекта в третьем классе.

Более простой, но двигатель (иногда продаваемый как «самый простой двигатель в мире») просто отключает ток на половину цикла, позволяя угловому моменту вращающегося якоря двигателя выполнять его. В Make Magazine Volume 1 комикс Howtoons показывает, как сделать электродвигатель, который работает таким образом.

Ни один из этих двигателей не является самым простым. Настоящий рекордсмен — униполярный мотор .

Готов построить? Приступим:

Ингредиенты (слева направо): один ферромагнитный винт, один аккумуляторный элемент, несколько дюймов медной проволоки и неодимовый дисковый магнит. он поворачивается. Вместо него можно использовать гвоздь. Аккумулятор не обязательно должен быть определенного типа; щелочная С-ячейка отлично работает и ее легко держать. Почти любой медный провод отлично подойдет для этого приложения. Я использовал провод с частично зачищенной (и частично полосатой) красной изоляцией, что хорошо видно на фотографиях. Голая медь будет работать так же хорошо.

Магнит исходил от метателя светодиодов с разряженным аккумулятором. Лучшими магнитами для этой работы являются неодимовые дисковые магниты с проводящим покрытием. Вы можете получить их из пластиковых игрушек или купить в магазинах со скидкой и излишками.

Установите винт на магнит, загните проволоку.

Прикрепите магнит к одному концу батареи. Слабый одноточечный контакт, который вы устанавливаете, служит подшипником с низким коэффициентом трения. Мне нравится прикреплять его к концу с пуговицей, но другой конец тоже подойдет. (Если вы это сделаете, двигатель будет вращаться в противоположном направлении. Вы также можете изменить направление, перевернув магнит вверх дном.)

(Примечание для знатоков физики: чем тяжелее ваша система магнит + винт, тем ниже будет трение, вплоть до того момента, когда магнит не будет достаточно сильным, чтобы удерживать их. Это потому, что сила трения пропорциональна

Прижмите и удерживайте верхний конец провода к верхнему концу батареи, создавая электрическое соединение между верхним концом батареи и проводом. .

Итак, приступим: Слегка коснитесь свободным концом провода стороны магнита. Магнит и винт сразу начинают вращаться. Мы можем разогнать наш до 10 000 об/мин примерно за пятнадцать секунд. Будьте осторожны: винт и магнит могут легко выйти из-под контроля, и вы не хотите, чтобы этот винт попал вам в глаз. Также обратите внимание, что некоторые компоненты, такие как провод, могут сильно нагреваться, пока вы это делаете. Носите защитные очки и руководствуйтесь здравым смыслом!

Короткометражный фильм (25 с): запуск двигателя (встроено ниже или нажмите на YouTube)

Хотите знать, что делать дальше? Вам также может понравиться этот проект, в котором речь идет о создании похожего двигателя, который вращает воду вместо магнита.
Как это работает?
Когда вы прикасаетесь проводом к магниту, вы замыкаете электрическую цепь. Ток течет из батареи вниз по винту, сбоку через магнит к проводу и через провод к другому концу батареи. Магнитное поле от магнита ориентировано через его плоские грани, поэтому оно параллельно оси симметрии магнита. Электрический ток протекает через магнит (в среднем) в направлении от центра магнита к краю, поэтому он течет в радиальном направлении, перпендикулярном оси симметрии магнита. Если вы когда-нибудь изучали физику, возможно, вы помните эффект, который магнитное поле оказывает на движущиеся электрические заряды: на них действует сила, перпендикулярная как направлению их движения, так и магнитному полю. Поскольку поле направлено вдоль оси симметрии магнита, а заряды движутся радиально наружу от этой оси, сила действует в тангенциальном направлении, и поэтому магнит начинает вращаться. Аккуратный! Более подробное объяснение можно найти в конце этой статьи, посвященной магнитогидродинамическому униполярному двигателю.
Он называется униполярным двигателем, потому что вам никогда не нужно менять полярность любого компонента двигателя во время работы, в отличие от других типов двигателей, которые мы описали.