Физическое усилие при выводе 5В 1–2А?

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?

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.

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).

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?

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.