發電機是非常常見和有用的電機，由邁克爾法拉第于1832年發現。從那時起，我們一直在所有發電廠使用這些機器為我們的星球提供電力。在這個項目中，我們將使用電磁鐵和指尖陀螺構建一個簡單的發電機，以了解發電機的概念。

在我們開始之前，了解發電機很重要。它們不發電。是的，你沒聽錯！事實上，電力永遠無法產生;根據守恒定律，能量只能從一個州轉移到另一個州。因此，在發電機中，轉子使用來自渦輪機或發動機的任何機械耦合旋轉，并且這種機械旋轉在定子中轉換為電能。我們將做同樣的事情，我們將使用指尖陀螺作為轉子，使用電磁鐵作為定子來產生足夠小的電力來點亮 LED。聽起來很有趣吧？讓我們開始吧...

所需材料：

指尖陀螺

電磁體

釹磁鐵

電磁鐵如何工作？

在繼續這個指尖陀螺發電機項目之前，由于我們使用的是電磁鐵，讓我們了解它是如何工作的。我們在項目中使用的是12V 0.25A（更多技術規格將在后面討論）電磁鐵。所以很明顯，如果我們提供12V，它將消耗大約0.25A并產生磁場（B），這將吸引其周圍區域的任何金屬片。產生這種磁場是因為電流流過電磁鐵內部的線圈，正如我們所知，根據法拉第感應定律，所有載流導體都會在它們周圍產生磁場。由于線圈布置，該磁場集中在特定點，因此能夠吸引金屬。但這不是我們希望它在這里工作的方式。

牢記相同的法拉第定律，我們也應該能夠通過在電磁鐵附近產生變化的磁場來產生電流，使其充當發電機。因此，為了創造這種變化的磁場，我們將使用帶有指尖陀螺的釹磁鐵。

發電機項目設置：

設置相對簡單，您只需將釹磁鐵放在指尖陀螺上（如下所示），然后將其直接放在電磁鐵上即可。

釹磁鐵非常強大，如果您用空手旋轉它，它會試圖被電磁鐵吸引。因此，使用一些安排來保持它們都完好無損。我使用了如下圖所示的螺母和螺栓布置。完成此操作后，將LED連接到電磁鐵的輸出端子（無極性），您就可以開始旋轉了。

使用指尖陀螺使 LED 發光發電：

我們的迷你發電機已準備好行動。只需用手旋轉指尖陀螺，您應該會注意到 LED 發光。也可以在本頁末尾的視頻演示中找到相同的內容。旋轉得越快，它發出的光就越亮。花一些時間享受你的輸出，稍后讓我們分析一下這里發生了什么。

好了，現在為了技術，讓我們分析一些東西。您應該已經注意到，無論您以哪個方向旋轉微調器或以哪種極性連接 LED 都會發光。這是因為這里的LED實際上是在交流電壓下發光的。什么。。。。？？？？？

是的，沒有發電機能夠產生直流電壓。當發電機中產生電壓時，其默認電壓將為交流電。即使在直流發電機中，定子產生的直接電壓也是交流電，然后使用稱為換向器的布置機械轉換為直流電。

估算微調器產生的通量：

到目前為止一切順利，你可以繼續給自己一個餅干來理解到目前為止的事情。但是，讓我們嘗試使用一些公式來弄清楚更多的事情。

這里使用的電磁鐵型號為ZYE1-P20/16，其數據表中提到了以下規格。（還有更多，我只列出了必需的）

電壓：12V

電流：0.25A

保持力：2.5公斤/厘米2或 25N

中心直徑：8毫米

為了找到內部線圈的匝數，讓我們使用公式

F = ((NI) 2 × μ0 × a) / (2×g2)

哪里

F = 保持力（以牛頓為單位）

N = 我們打算找到的圈數

I = 流過電磁鐵的電流，單位為安培

μ0 = 磁常數，即 4π×10-7

a = 吸引力面積，單位為 m2

g = 電磁鐵和金屬之間的間隙，單位為米

在這些中，我們知道數據表中的力為25N，電流為0.25A，并且使用πr計算吸引力面積2（其中 是 8 毫米），給出 0.125m2.最后，間隙為 0.01m，因為每厘米距離給出 25N。

使用上述值，我們的電磁鐵中的匝數計算出大約在 715 圈左右。現在我們知道了電磁鐵的匝數，我們可以利用這些信息來找到旋轉器與磁鐵一起旋轉時產生的磁動勢（mmf）。

MMF = I × N

其中，I 是電流，N 是匝數。

流過LED的電流可能約為20mA。

MMF = 0.02 * 715 = 14.3 At

與實際發電機相比，MMF的這個值非常非常小，但對于帶有磁鐵的指尖陀螺來說，這就是我們所能得到的。另外，請注意，我們執行的這些計算僅用于理解基礎，不用于分析。