Domanda:
Come posso utilizzare tutta l'energia di una batteria in un istante?
user1306322
2012-05-10 04:54:26 UTC
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Sarebbe divertente sapere come sfruttare l'intera fornitura di energia di una singola batteria AA per un'operazione una tantum, come creare una grande scintilla, accendere un flash fotografico o una luce molto intensa.

Che tipo di elettronica sarebbe necessaria?

upd: scaricare la batteria dovrebbe alimentare qualche dispositivo utile (o essere utile senza un dispositivo), non solo scaricarlo per il gusto di farlo.

Istantaneo come "collegare la batteria, batteria scarica istantaneamente" o "collegare la batteria, immagazzinare l'energia della batteria, utilizzare l'energia istantaneamente"?
Va bene qualsiasi modo per utilizzare completamente tutta l'energia di una batteria. Se dovessimo prima conservarlo da qualche parte, così sia.
** Un avvertimento per chiunque voglia effettivamente provare a scaricare la potenza di una batteria AA in una sola scintilla: ** possono sembrare piccole e innocue, ma una batteria AA alcalina contiene circa l'equivalente dell'energia della bocca di un .458 Magnum. Una tale scintilla della durata di 100 ms è essenzialmente un dispositivo da 70 kW, che funziona da qualche parte intorno a 330 V / 220 A. Sii * estremamente * attento: può ucciderti.
mettere la batteria in fiamme spesso si traduce in un'esplosione in cui viene rilasciata la maggior parte dell'energia della batteria. Ma questo non è del tutto utile tranne che per l'effetto visivo, l'inquinamento e possibili lesioni.
La questione è irrisolvibile con la tecnologia attuale quanto catturare l'energia nei fulmini per scopi utili. le leggi della fisica stabiliscono i requisiti di impedenza di trasmissione. Il percorso e il caricamento devono corrispondere all'origine. Poiché l'aria archi con un percorso di fusione di resistenza negativa nell'aria, e tutte le soluzioni di immagazzinamento note sono entrambe resistenza positiva e hanno una latenza in eccesso (costante di tempo). È impossibile. Idem per le batterie a causa della sola costante di tempo di latenza. La dimostrazione è nelle equazioni del lato del cielo basate sulle leggi di Maxwell e lunghe quasi quanto la dimostrazione di Fermat.
Sei risposte:
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2012-05-10 05:28:10 UTC
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Non esiste un modo pratico per scaricare "tutta l'energia" in un lampo. Ma puoi scaricarlo lentamente in un costoso UltraCap con molti Farad di capacità e pochi mΩ ESR e quindi scaricare l'ultraCap in un lampo abbastanza da saldare il rame.

Questo è il modo in cui funzionano le fotocamere flash elettroniche oggi, tranne per il fatto che si ottengono molti flash per ogni carica della batteria utilizzando solo i normali limiti ESR bassi e non "UltraCaps".

È questo per Sir Guy Giornata della volpe o solo per un'allodola che solleva un po 'di sopracciglia sulla sicurezza dell'aeroporto e finisce a Gitmo o sei in competizione con gli svizzeri per generare una particella del bosone di Higgs?

Per la scienza. La scienza è divertente.
Le ustioni non lo sono. Solo perché Mythbusters fa saltare in aria tutto il tempo non significa che sia scienza. Stai attento.
Non penso che Guy Fawkes abbia ricevuto il titolo di cavalierato per i suoi sforzi :)
@MikeJ-UK "Il tradimento non prospera mai: qual è la ragione? Perché, se prospera, nessuno osa chiamarlo tradimento." - Sir John Harrington (1561–1612)
Devo aver confuso questo eroe d'azione moderno con un altro "ragazzo", Sir Guy Fairfax di Steeton
@Dan Neely - Bella citazione!
@DanNeely È divertente che una citazione di tale eloquenza sia venuta dall'inventore dello sciacquone. Forse ci ha pensato mentre prendeva un * "Sir Harrington" *.
Quegli inglesi sono così spiritosi. Ora chi ha inventato il detto "Abile nelle arti" quando tutti sappiamo che questa esposizione pubblica riguarda l'abilità di nascondere l'arte dell'implementazione con sufficiente vaghezza per promuovere controversie su qualsiasi invenzione quando / se mai ne trarrà profitto.
Telaclavo
2012-05-10 05:06:57 UTC
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Se forzi una corrente molto alta (molto più alta della corrente di cortocircuito) nel nodo negativo della batteria e fuori dal nodo positivo, sarai in grado di rimuovere tutta l'energia in esso in un tempo minimo, ma quel tempo non può essere zero.

Inoltre, per poter iniettare quella corrente, dovrai trattare la batteria come un carico e collegarla, capovolta, a una fonte di alta tensione o ( preferibilmente) una sorgente ad alta corrente. Alla batteria non piacerà, però.

Schematic 1

La resistenza interna di una batteria non limita la corrente. Ciò sarebbe vero solo se tutto il voltaggio a cui avessimo accesso fosse quello della batteria stessa. Ma non è vero. Nessuno ci impedisce di collegare una tensione esterna. La domanda chiede il modo più veloce per rimuovere tutta l'energia possibile da una batteria.

Nell'esempio seguente, la corrente di cortocircuito della batteria sarebbe 1,5 / 0,2 = 7,5 A. Collegandola capovolta ad un generatore di tensione con (ad esempio) 100 V e 0,01 ohm, possiamo forzare una corrente di (100 + 1,5) / (0,2 + 0,01) = 483 A (in quel modello ideale), che è molto più alta del cortocircuito corrente.

Schematic 2

Se trasferisci lentamente l'energia di una batteria a un supercondensatore, e poi consumi rapidamente l'energia nel superconduttore, ciò non risponde alla domanda. La domanda chiede come possiamo utilizzare tutta l'energia in una batteria (non in un tappo) in un istante.

In realtà l'utilizzo di un supercap è una soluzione ammissibile - l'OP lo ha anche detto (prima di aggiungere il paragrafo sul supercap). Dissero: "Va bene qualsiasi modo per utilizzare appieno tutta l'energia di una batteria. Se prima dovessimo immagazzinarla da qualche parte, così sia".
Intendevo davvero un uso pratico. Anche se la semplice scarica di una batteria è anche una questione interessante, mi chiedo come reagirebbe.
Tecnicamente, se stai caricando il tappo della batteria senza un alimentatore switching, utilizzerai solo metà dell'energia della batteria in un istante.
@tcrosley Quel commento che l'OP ha scritto non è coerente con la sua domanda (perché implica * lentamente * la rimozione dell'energia dalla batteria). Se voleva che quel commento prevalesse, avrebbe dovuto cambiare la domanda.
Quando inizi a parlare di correnti di 500 ampere, devi parlare con un elettrochimico dell'effetto di trasformare l'elettrolito in vapore. Ci sarà un punto ottimale in cui l'elettrolito emette vapore proprio mentre estrai l'ultimo erg. Oltre a ciò l'esplosione di vapore disperderà l'anodo e il catodo prima di essere completamente reagito. Quello che superficialmente sembra essere un problema di EE, è in realtà un problema di elettrodinamica e termodinamica chemE.
@VinceMulhollon Sono completamente d'accordo. So che probabilmente non c'è modo di forzare 483 A attraverso una batteria AA. Questo era solo un modo semplice per illustrare che sono possibili correnti superiori alla corrente di cortocircuito.
Se hai testato una batteria AA con un misuratore da 10 A come ho fatto molte volte, ciò fornisce la stessa corrente di un cortocircuito poiché quello shunt ha una resistenza inferiore rispetto alle batterie AA alcaline. Quindi la domanda è fallace nell'assumere che sia possibile, quando non lo è. È possibile sostenere un cortocircuito per molti secondi fino a quando la batteria si riscalda e crea un rischio per la sicurezza, quindi la tensione ritorna alla gamma normale entro un minuto. Il mio voto è che la domanda ha un presupposto falso e non vi è alcun tentativo pratico o soluzione alla domanda ipotetica dichiarata. Motivo: l'ESR è troppo alto.
Non pensare nemmeno di provarlo su una cella AA Li !! Esploderà o prenderà fuoco con fumi tossici. Come avvertito in etichetta.
Russell McMahon
2012-05-10 09:54:32 UTC
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Hai aggiunto:

Va ​​bene qualsiasi modo per utilizzare completamente tutta l'energia di una batteria.
Se prima dovessimo immagazzinarla da qualche parte, così sia

Il che lo rende molto più semplice, soggetto a efficienze di conversione.
Un convertitore boost aiuterà in alcuni casi trasferendo l'output della batteria al sistema di archiviazione.

Tutto quanto segue si basa sul trasferimento dell'energia della batteria a un sistema che consente una rapida "scarica". Tutti sono potenzialmente utili.

La morte è possibile con tutto ciò con la dovuta incuria.

Di solito sono disponibili circa 10 kJ Joule di energia.
Abbastanza da danneggiare o uccidere in tutti i casi.

  • Carica un supercap. Quando viene trasferita al tappo la quantità di energia della batteria consentita dal sistema Tappo di scarico. È necessario un tappo MOLTO grande. Non proprio pratico

  • Usa l'elettrolisi dell'acqua per produrre una miscela di idrogeno e ossigeno. Accendi la miscela. (Non provateci a casa, ecc ... !!!). Eminentemente pratico e potenzialmente estremamente pericoloso.

  • Usa un motore per far girare un volano. Applicare il volano a "qualcosa". Abbastanza facilmente fattibile.

  • Riscaldare un materiale metallico a cambiamento di fase con una temperatura del PC> 100 C (varie leghe di bismuto soddisfano questa specifica) in modo che si liquidi. Aggiungere acqua. Molto fattibile. La matrice finemente suddivisa aiuta il trasferimento di energia all'acqua. Potenzialmente letale.

Più possibile ...

Polynomial
2012-05-10 05:16:54 UTC
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Le batterie hanno una resistenza interna. Poiché la loro tensione di uscita è (per la maggior parte degli intenti e degli scopi) fissa, si ha un'uscita di corrente massima fissa. La risposta di Telaclavo copre una situazione in cui questo non è vero, ma ti guiderò attraverso un semplice cortocircuito della batteria.

Una tipica resistenza interna per una batteria AA è di circa 0,2Ω [1] , quindi se ignoriamo la resistenza di eventuali fili di collegamento non è troppo difficile calcolare la corrente di uscita massima (teorica). Poiché conosciamo R e V, possiamo calcolare I come I = V / R, quindi I = 1,5 / 0,2 = 7,5 A di corrente massima [2] .

Il tuo alcalino medio la batteria ti darà circa 2000 mAh di succo con un carico di 0,5 A. Non riesco a trovare specifiche dettagliate su quanto durano quando sono in corto, ma non sarà inferiore a 1/10 di tale importo. Quindi, come minimo, ci vorranno circa 90 secondi per scaricare la batteria.

Note a piè di pagina:
[1] 0.2Ω è ciò che Duracell e lo stato di Panasonic sono le loro resistenze interne "standard" per "carichi normali".
[2] Sono coinvolte altre resistenze e la resistenza interna cambia all'aumentare del carico sulla batteria. Sto solo cercando di mantenere le cose semplici qui.

Sto cercando di capire se esiste un modo per caricare un dispositivo che rilasci l'energia accumulata molto rapidamente. Quindi immagino che tale dispositivo verrebbe quindi caricato a una velocità limitata, ma in che modo la batteria cederebbe la sua energia nel tempo (cosa potrebbe accaderle, supponendo che sia usa e getta) e come dovrebbe essere realizzato tale dispositivo?
I circuiti flash nelle fotocamere usa e getta utilizzano un condensatore con ESR molto basso per immagazzinare una carica, quindi scaricano quell'energia nella bobina di un trasformatore quando viene premuto il pulsante, essenzialmente cortocircuitando il condensatore. La bobina secondaria del trasformatore è collegata al flash, che riceve una rapida scossa di corrente. Se hai abbastanza condensatori in parallelo o un supercondensatore molto costoso, puoi praticamente scaricare l'intera batteria e fare la stessa cosa.
Come nota di sicurezza, in realtà hai a che fare con molta energia qui. 2000mAh sono 7200 joule, che è approssimativamente uguale all'energia della museruola di un .458 Magnum. Se lo scarichi sotto forma di una scintilla (circa 100 ms), la potenza è dell'ordine di 70 kW. Le scintille di solito attraversano l'aria a circa 330 V, quindi stai guardando 215A. È più che sufficiente per ucciderti. Stai molto molto attento.
ObscureRobot
2012-05-10 08:25:36 UTC
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Sarebbe divertente sapere come sfruttare l'intera fornitura di energia di una singola batteria AA per un'operazione una tantum

Pedante: la maggior parte dell'energia nella batteria è legati alle forze nucleari che legano insieme le particelle subatomiche che compongono gli atomi nella tua batteria. Per liberare l ' intero approvvigionamento di energia, sarà probabilmente necessario ricorrere alla fusione o fissione nucleare.

Curiosità: c'è più energia nelle impurità di uranio in un chilogrammo di carbone che può essere liberato bruciando solo quel chilogrammo di carbone!

In media, circa 1 kg di uranio nel terreno è possibile scavare da una sezione di 1/4 acro. Molto di più in alcune aree. Molto meno negli altri.
"Per liberare l'intera scorta di energia, probabilmente avrai bisogno di ricorrere a ..." antimateria. Non otterrai molta fusione o fissione dalla cassa d'acciaio, ma l'antimateria funzionerà. Ci sono alcuni problemi pratici con l'implementazione di questo.
Le batterie al litio hanno prese d'aria per evitare esplosioni quando le batterie sono cortocircuitate. Questo è un improvviso rilascio di energia, ma non è ciò che vuole l'OP.
hotpaw2
2012-05-10 05:05:20 UTC
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Una batteria AA ha una resistenza interna finita, che limiterà la corrente e quindi la velocità con cui si può rimuovere l'energia. Potresti provare a trasferire, nel tempo, l'energia nella batteria a una riserva di energia esterna a impedenza inferiore (super condensatore, induttore, volano, sollevare una roccia su un dirupo, ecc.)

Non vero. La resistenza interna non limita la corrente. Vedi la mia risposta.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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