Колело-динамо

Генераторът превръща движение в ток

В генератора магнит се върти близо до намотка от тел. Докато магнитът се движи спрямо намотката, в нея се появява напрежение. Спре ли колелото, напрежението изчезва – колкото и силен да е магнитът. Генераторът не съдържа ток: той превръща движението в ток.

• Напрежението расте право пропорционално на темпа: при 30 оборота в минута нашият генератор дава около 6,3 V, при 60 – около 12,6 V, при 90 – около 18,8 V.
• Мощността на лампата расте с квадрата на темпа: два пъти по-бързо е два пъти повече напрежение и два пъти повече ток, значи четири пъти повече мощност. Една крушка дава около 4,9 W при 30 оборота в минута и около 19,7 W при 60.

Токът е спирачка

Когато през намотката тече ток, той създава сила, която се противопоставя на въртенето. Колкото повече лампи включиш, толкова по-голям е токът и толкова по-тежки са педалите. При 60 оборота в минута средната сила на педала е:

• без включени уреди – около 7 N (остава само триенето);
• с една крушка с жичка – около 27 N;
• с три крушки – около 60 N;
• с шест крушки – около 100 N.

Без уреди волтметърът показва около 12,6 V, но токът е нула: напрежение има, но никой не го използва, затова не ти струва почти нищо. Пуснеш ли педалите, колелото без лампи се върти по инерция около 22 секунди, а с три светнали крушки спира под 10 оборота в минута за около 2,7 секунди. Така спират и някои влакове и електрически коли, като връщат енергия.

Енергията не идва от нищото

Всичко, което свети в лампите, идва от краката ти. Част от енергията отива в лампите, а останалото става топлина в намотката и триене. С три крушки при 60 оборота в минута краката дават около 64 W, а лампите получават около 48 W – около три четвърти.

Колко храна е един час светлина? Три крушки за един час искат от краката около 231 000 J. Мускулите превръщат в работа около една четвърт от енергията на храната, затова тялото харчи около 220 килокалории – колкото голямо парче шоколад.

Светодиодната лампа дава поне толкова светлина, колкото крушката с жичка, но иска много по-малко енергия. С три светодиодни лампи при 60 оборота в минута силата на педала е около 19 N вместо около 60 N. Крушката с жичка превръща повечето енергия в топлина.

Генераторът не е като батерия

Част от напрежението остава в самия генератор – в съпротивлението на намотката и проводниците. Колкото по-голям е токът, толкова повече остава там. Затова при един и същ темп напрежението на лампите пада с всяка нова лампа: от около 11,9 V с една крушка до около 9,4 V с шест.

Затова една крушка сама изгаря при около 90 оборота в минута, а три крушки заедно при същия темп оцеляват: те „дърпат“ напрежението надолу.

Как се проверява твърдение

За да проверим твърдението „Колкото повече крушки, толкова по-тежки педали“, правим честно сравнение: един и същ темп, един и същ магнит, едни и същи крака. Различен е само броят на крушките. Ако менем и темпа, не знаем кое е направило педалите по-тежки.

Какво опростява симулацията

• Генераторът дава постоянно напрежение. Истинските велосипедни динамота често дават променлив ток, но правилото „по-бързо – по-голямо напрежение“ е същото.
• Лампите са постоянни съпротивления. Истинската нишка има по-голямо съпротивление, когато е нагрята, затова при двойно по-бърз темп мощността ѝ расте около три пъти, а не четири – но пак повече от два пъти.
• Краката са „двигател“ с най-голяма мощност 50, 100 или 200 W, без умора. Истинският крак натиска неравномерно през оборота.
• Изгарянето при двойна мощност за 0,3 секунди е правило на играта. Истинската нишка просто живее много по-кратко при по-високо напрежение.
• Нашият генератор е по-голям от динамото на велосипед, което дава около 3 W: така тежестта на педалите се усеща.

Безопасност

• Опит у дома или в клас – само с възрастен или учител. Колелото на стойка трябва да е стабилно; пази пръстите, връзките на обувките и дрехите от веригата и спиците.
• Самоделен генератор никога не се свързва към контакта в дома и към уреди за 230 V. Опитите се правят само с ниско напрежение, до 12 V, и с лампи за това напрежение.
• Крушката с жичка се нагрява силно – не я пипай, докато свети и малко след това.
• Батериите и акумулаторите не се свързват накъсо: проводниците се нагряват и може да има изгаряне.
• Ако се почувстваш замаян или задъхан, спри да въртиш. Истинският опит е упражнение.