Физическое усилие при выводе 5В 1–2А?

8

У меня есть iPhone, и иногда заряжать его от стены неудобно. Может быть, я в долгой поездке на автобусе. Если я готов выполнять физические упражнения / упражнения для выработки энергии, сколько усилий мне нужно приложить, чтобы выполнять функции зарядного устройства телефона, обеспечивающего стабильные 1-2 ампер при 5 В?

Это гипотетическое устройство должно быть небольшим и достаточно легким, чтобы я мог его нести ... нет смысла в нем, если я должен быть дома, чтобы использовать его.

Например, есть простое устройство для тренировки рук, которое вы сжимаете снова и снова для наращивания мышц рук. Сколько энергии это может генерировать?

Филипп
источник
Я не буду говорить слишком много, но я укажу на эту ссылку: newatlas.com/… . Это стационарный велосипед. Человек, управляющий этим, может генерировать 200 Вт мощности - для вашей ситуации (5 В при 2 А), то есть только 10 Вт мощности - 5% от того, что мог бы вырабатывать велосипед. Так что я бы рискнул и сказал, что это возможно. Но не знаю, как (вероятно, больше подходит для мехатроник / инженер-механик).
DSWG
Вероятно, более эффективным ручным устройством является кривошипный генератор. Это не устройства сжатия, и я думаю, что они все установлены каким-то образом. Но я видел блоки мощностью от 10 Вт до 65 Вт (хотя я не знаю, как долго вы или я могли бы не отставать от генератора мощностью 65 Вт.) Ваша общая мощность составляет 10 Вт, поэтому кривошипные устройства существуют в нужном диапазоне для непрерывная прямая работа. Эффективность может быть как высокой, так что я прочитал, как 80%. Но, конечно, биомеханика человека имеет более / менее эффективные позиции во время кривошипа, и в любом случае люди сами НЕ являются эффективными преобразователями энергии. Смотри патент US7893551B2.
Йонк
Google запускает радио, посмотрим, сможете ли вы получить показатель выходной мощности? Вам не нужно генерировать полную мощность 10 Вт, если у вас достаточно сложная схема USB-порта, чтобы сообщать, какой ток он может генерировать.
Тим Уэскотт
2
Если вы возьмете одно из этих устройств сжатия и измерите силу, которая требуется для сжатия, вы сможете оценить мощность - энергия = сила * расстояние, мощность = энергия / время. Так что выясните, сколько энергии на сжатие, а затем выясните, как быстро вы можете выжать вещь постоянно. Вы захотите выключить правую и левую руки, или вы будете выглядеть как Попай с одной стороны и Оливойл с другой.
Тим Уэскотт
1
Не отвечая на вопрос, но я бы предложил купить качественный банк питания, такой как этот, у (китайского производителя телефонов) Huawei.
Спехро Пефхани

Ответы:

12

20 ватт, подаваемых в ручной коленчатый генератор (достаточно для обеспечения 10 электрических ватт после потерь на преобразование), мог бы управлять весь день работоспособным и мотивированным человеком. Это задействовало бы все ваши мышцы рук. Однако вам понадобятся рукоятки разумной длины, удобные ручки, хорошее надежное крепление генератора, это не то, что вы небрежно носите и используете в автобусе.

Устройство для сжатия и захвата может быть оснащено для выработки некоторой мощности, но, только имея возможность использовать небольшие мышцы для захвата в предплечье, вы будете изо всех сил пытаться получить больше, чем несколько ватт за несколько минут до истощения.

Если вы не против стоять, то мини-степпер можно оснастить генератором. Это использовало бы ваши ноги, поэтому мы снова находимся в постоянном напряжении в 10 ватт, даже в 100+ регионах. Он может стабильно лежать на полу и, возможно, помещаться в небольшой рюкзак, поэтому, вероятно, является наиболее подходящим устройством в целом. Учтите, что человек весом 70 кг, поднимающийся по ступенькам высотой 200 мм один раз в секунду, обеспечивает мощность 140 Вт.

Neil_UK
источник
Я люблю идею степпера. Лучшие мышцы для использования, не требуется монтаж.
Питер - Восстановить Монику
6
@ PeterA.Schneider Вы знаете, что это сделает затвор устаревшим?
UKMonkey
Есть ли способ превратить его в тягу / присед? Я полагаю, вы прикрепляете штангу к генератору через кабель и тянете его для повторений.
ааааа говорит восстановить
Наиболее удобной конструкцией для использования за столом или в качестве водителя в автомобиле, вероятно, является что-то вроде швейной машины или педали органа, с одним поршневым штоком, приводящим в действие генератор кривошипа.
R .. GitHub ОСТАНОВИТЬ ЛЬДА
@ Ale..chenski Ты 9,81 раза. 70 кгс х 0,2 м в секунду х 9,81 м (второй квадрат) (чтобы добраться до Ньютона из кгс) = 137,34 ватта, что меньше, чем 140, на которые я впервые претендовал, но, эй, инженеру, 9,81 - это 10. К сожалению, этот сайт, на который вы ссылаетесь, удален в 9,81 раза, поэтому вы не виноваты в арифметике. Но кто идет к веб-калькулятору и слепо ему доверяет?
Neil_UK
5

Упоминание Neil_UK о силовых тренажерах на рукоятках заставило меня задуматься о том, сколько энергии могут дать ваши руки. Чтобы получить оценку, я искал такие устройства, по-видимому, они обычно обеспечивают сопротивление около 500 Н на расстоянии 6 см. Это дает нам около 30 Дж механической энергии на сжатие. Не уверен, сколько сжатий вы можете сделать в секунду, так что давайте пойдем с энергией. Аккумулятор NiMH AA накапливает около 12 кДж электроэнергии, поэтому для зарядки одной батареи NiMH AA вам потребуется 400 раз . Удачи с этим! И этот расчет даже не учитывает потери.

Как упоминает Neil_UK, мышцы рук и ног намного сильнее. Даже неподготовленный человек может вырабатывать 100 Вт на велосипеде в течение длительного времени (> 1 часа).

Майкл
источник
Я довольно уверен, что сила не 500N (это примерно вес цементного мешка).
Питер - Восстановить Монику
Схватка 500N, вау, я не хочу пожать тебе руку! Я пожал руку одному парню и спросил его: «Вы барабанщик или эксперт по каратэ?» Он улыбнулся и сказал, что он каноист.
Neil_UK
2
На самом деле, согласно этому исследованию, 500N, кажется, распространено среди мужчин, в то время как для женщин это на 200N меньше.
Питер - Восстановить Монику
2
@ PeterA.Schneider Интересная статья. В то время как 500N может быть пиковой силой сцепления, я думаю, что более низкая цифра подходит для выработки электроэнергии, которая потребует среднего усилия в течение длительного пути. Я вижу, что они сравнили одно с тремя испытаниями на сцепление и отметили, что усталость от сцепления с дорогой была проблемой в трех испытаниях. По крайней мере, теперь я знаю, как избежать рукопожатия с норвежцами
Neil_UK
Спасибо за поиск и ссылку на статью. Тренировочные устройства обычно заявляют 30 - 150 фунтов или даже 300 фунтов (1500 Н). Для силовых тренировок вы обычно выполняете от ~ 3 до ~ 15 повторений, так что да, усталость будет проблемой, если вам нужно выполнить 400 из них;)
Майкл,
2

10 ватт по сравнению с 550 фунтами и 746 ваттами ОДНОЙ лошадиной силы дают нам полезные цифры.

Вам нужно поднять 550 футов * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 фунтов, поднятых на одну ногу, каждую секунду.

Можете ли вы поднять галлон воды, каждую секунду, на одну ногу, в течение часа?

analogsystemsrf
источник
7
Сколько это в единицах СИ?
Suppen
3
@ Поддержите, если вы поднимаете двухлитровую бутылку на полметра каждую секунду, это будет около 10 Вт: 2 л * 1 кг / л * 10 м / с ^ 2 * 0,5 м * 1 Гц = 10 Вт.
Руслан
2
Поднимать вещи не очень хорошая аналогия, потому что люди проявляют энергию, даже если на объекте ничего не делается (представьте, что вы держите эту двухлитровую бутылку над головой в течение часа). Есть веская причина, по которой сила человека часто измеряется в велосипедной выходной мощности.
Sanchises
Точка ОП должна выполнять эту задачу, пока батарея не зарядится.
analogsystemsrf
-2

Технически, человек с массой 100 кг, идущий с шагом 1 м со скоростью 2 м / с (около 4,5 миль в час), должен генерировать / использовать около 500 Вт мощности, как показано в этой статье . Поэтому, если у вас есть какое-то устройство, встроенное в вашу обувь, сбор дополнительных 10 Вт должен быть выполним, особенно если вам требуется зарядка только на 1 час (батареи смартфона имеют емкость около 10 Вт в час, и если мы пренебрегаем потерями на конвертацию). Таким образом, добавление 2% нагрузки к ходьбе должно делать эту работу. Насколько удобной будет эта обувь - это другой вопрос.

Были попытки использовать сбор энергии внутри обуви, но результаты были не очень впечатляющими, 3-4 мВт.

Есть даже инструкции, как сделать «генератор обуви» из частей от перезаряжаемого фонаря, поэтому этот метод, вероятно, генерирует более нескольких милливатт.

УЧЕТ И ИСПРАВЛЕНИЯ: Этот ответ обращает внимание на то, что не только «ручная рукоятка» доступна для сбора энергии при подъеме чего-либо, но и у работы ног есть и некоторые возможности. Вышеуказанные ожидания, однако, чрезмерно оптимистичны.

(1) 4,5 мили в час - это хорошая прогулка на 5 км марафоне, и это не для обычного человека, чтобы сделать это за 1 час. Так что да, это действительно "оживленная прогулка" или как велосипед на Тур де Франс;

(2) для наблюдения ходьба требует поднятия центра масс человека всего на 2-3 см, а не как жесткая спица длиной 1 метр, переворачивающаяся без обода, как предполагает цитируемая модель. Таким образом, механическая мощность при шаге в 2 шага в секунду составляет порядка 2 x 100 x 0,03 xg ~ = 60 Вт. (это не касается того, сколько человек должен съесть, чтобы достичь этого).

(3) Следовательно, силовая обувь должна иметь экскурсионный поршень 0,5 см, чтобы вырабатывать 10 Вт из 100-килограммового быстроходного тела, предполагая 100% эффективность.

(4) Хуже, эффективность коленчатых генераторов, даже если они сделаны лучшими военными инженерами , не превышает 50%, поэтому обувь должна иметь экскурсионный башмак длиной 1 см для генерации 10 Вт.

(5) Следовательно, коленчатый генератор мощностью 10 Вт, если он встроен в башмак, потребляет около 15-20% усилий при быстрой ходьбе, что может быть неудобно.

(6) См. Также довольно связанный ответ на EE Stack Exchange об усилиях по выработке электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: Для зарядки смартфона за один час с использованием мышечной силы потребуется очень преданный и физически здоровый человек.

Ale..chenski
источник
Ничто из того, что вы пишете здесь, не поддерживает 10 Вт или даже близко к нему, о котором фактически спрашивает OP. «Поучительный» даже не показывает, что он работает.
труба
4
«Человек с массой 100 кг, идущий с шагом 1 м со скоростью 2 м / с (около 4,5 миль в час), должен генерировать / использовать около 500 Вт» - эти цифры кажутся подозрительными. Этот источник ставит бегунов Тур де Франс на 500 Вт непрерывно (что вполне соответствует тому, что я читал ранее). Это означает, что ваш большой парень, идущий быстро, израсходует ту же силу, что и спортсмен Тур де Франс, в чем я сомневаюсь. Ваша статья также делает всевозможные неверные предположения: ноги - это жесткие шесты, энергия нисходящего движения теряется, а не восстанавливается.
Марселм
2
500 Вт - это 120 калорий в секунду. Несколько дней назад я проводил благотворительную прогулку со скоростью около 2 м / с в течение часа, и я весил 100 кг. Нет никакого способа, которым я сжег 400 000 калорий, таким образом, эта модель должна быть далеко. Большинство калькуляторов упражнений поместили бы это в диапазон 500-1000 калорий, так что я бы генерировал не более пары ватт.
Фил Г
2
@PhilG Вы уверены, что не путаете калории и килокалории? Последние часто смущают, пишут как «Калории»? 400 ккал - это не огромное количество энергии: это примерно шестая часть рекомендуемой суточной дозы.
Дэвид Ричерби
2
@PhilG 400 ккал для часа ходьбы звучит довольно правдоподобно. Но есть большая разница между энергией, потребляемой в пище, и энергией, доставляемой как механическая работа. Вопрос OPs относится ко второму, но эта ветка комментариев эволюционировала к первому. Я думаю, что это также то, что сбило меня с толку при интерпретации ответа Ale..chenski (который помогает объединить два в «генерировать / использовать около 500 Вт» ) ...
marcelm