Una batteria da 9 V ha un'energia immagazzinata di circa:

$$ \ require {cancel} \ frac {560 \ cancel {m} A \ cancel {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ cancel {h}} \ frac {1} {1000 \ cancel {m}} \ circa 18144VAs \ circa 18 kJ $$

Un joule è un watt-secondo o un newton-metro. Nelle condizioni più ideali, con macchine perfettamente efficienti ovunque, c'è abbastanza energia immagazzinata in una batteria da 9 V per applicare la forza di 600 N specificata su una distanza di:

$$ \ frac {18 \ cancel {k} \ cancel {J}} {1} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J}} \ frac {1} {600 \ cancel {N}} \ frac {1000} {\ cancel {k} } = 30 m $$

Il solenoide proposto, che richiede forse \ $ 25A \ $ a \ $ 9V \ $, consuma energia elettrica al ritmo di:

$$ 25A \ cdot 9V = 225W $$

Applicando la forza specificata di \ $ 600N \ $ e data quella potenza, possiamo calcolare la velocità del tuo solenoide, se fosse efficiente al 100%, potrebbe fornire:

$$ \ frac {225 \ cancel {W}} {1} \ frac {\ cancel {J}} {\ cancel {W} s} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0.375m / s $$

Quindi, anche se possiamo estrarre tutta l'energia immagazzinata dalla batteria da 9 V con un'efficienza del 100%, non ce n'è una tonnellata intera. Sapendo che il tuo solenoide ideale si sta muovendo a \ $ 0,375 m / s \ $ e che la batteria ha energia sufficiente per spostarsi di \ $ 30 m \ $, l'autonomia è:

$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0.375 \ cancel {m}} = 80s $$

Oppure potremmo calcolarlo dall'energia della batteria e dalla potenza del solenoide:

$$ \ frac {18000 \ cancel {W} s} {1} \ frac {1} {225 \ cancel {W}} = 80s $$

Ma forse è abbastanza. La domanda è come farlo in modo efficiente. La potenza elettrica in una resistenza è data da:

$$ P = I ^ 2 R $$

La resistenza interna di una batteria da 9V è forse \ $ 1.5 \ Omega \ $, quando fresco. Sale quando la batteria si scarica. Il tuo solenoide è probabilmente almeno un altro \ $ 1 \ Omega \ $. Quindi a \ $ 25A \ $, le tue perdite resistive da sole sarebbero:

$$ (25A) ^ 2 (1,5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562,5W $$

Confrontalo con la potenza utilizzata dal solenoide ideale considerato sopra (\ $ 225W \ $) e puoi vedere che questo è un sistema assurdamente inefficiente. Solo affrontare il caldo di queste perdite sarà una sfida. Ovviamente, non puoi effettivamente estrarlo da una batteria da 9 V, perché la tensione persa sulla sua resistenza interna a \ $ 25A \ $ è:

$$ 25A \ cdot 1.5 \ Omega = 37.5V $$

... che è più dei 9V forniti dalla batteria.

Oltre alla batteria o al solenoide, il trasferimento di \ $ 225W \ $ di energia elettrica è un problema si. Poiché la potenza è il prodotto di tensione e corrente (\ $ P = IE \ $), per spostare molta potenza puoi avere alta corrente o alta tensione. Ma anche i fili hanno resistenza e poiché la potenza persa per questa resistenza è proporzionale al quadrato della corrente, è più pratico spostare quantità elevate di energia elettrica ad alta tensione che ad alta corrente. Questo è il motivo per cui l'utenza elettrica trasmette energia su lunghe distanze ad altissima tensione.

Quindi, se vuoi spostare \ $ 225W \ $ a \ $ 9V \ $, devi mantenere la resistenza molto bassa, per evitare che le perdite resistive siano molto elevate. Ciò significa filo grasso (incluso il filo nel solenoide, che rappresenta la maggior parte del filo nel circuito) e batterie con bassa resistenza interna. Puoi anche scambiare la corrente con la tensione, o la tensione con la corrente, nel design del tuo solenoide, come descrive la risposta di supercat.

Dato che non hai specificato, presumo che tu intenda una batteria da 9V per uso domestico disponibile in commercio. Una batteria standard da 9 V ha una capacità di circa 400-600 mAh. In termini più elementari, queste batterie possono fornire circa 500 milliampere per un'ora prima di essere "morte". In teoria, potresti assorbire la corrente che stai cercando, ma anche per più batterie da 9 V in parallelo (somma della capacità), otterrai circa 1-2 minuti da ogni set di batterie. Con le batterie di consumo standard, è piuttosto irrealistico e piuttosto inefficiente. Posso immaginare che probabilmente non vorrai cambiare le batterie ogni minuto.

Se le dimensioni e il peso non sono fattori importanti, prenderei in considerazione una capacità grande e alta , batterie al piombo acido a scarica rapida. Sono disponibili a 12V, che è vicino a quello che stai cercando, e possono fornire centinaia di ampere di corrente per periodi di tempo variabili (a seconda di quanto spendi / quale batteria ottieni).

Il design di un solenoide è un compromesso tra l'utilizzo di più giri e l'utilizzo di più corrente. Dubito davvero che qualsiasi solenoide piccolo abbastanza piccolo da poterlo azionare realisticamente con una batteria da 9 volt otterrebbe un comportamento ottimale con una corrente alta come suggerisci. L'efficienza sarebbe molto probabilmente migliore usando più giri.

Detto questo, la massima corrente del solenoide che può essere ottenuta da una batteria da 9 volt si otterrebbe collegando un condensatore in parallelo alla batteria, e quindi utilizzare un paio di interruttori efficienti per collegare alternativamente il solenoide alla batteria e metterlo in cortocircuito (si deve evitare di avere entrambi gli interruttori chiusi e si dovrebbe ridurre al minimo il tempo di apertura di entrambi; utilizzare un diodo flyback per dissipare in sicurezza l'energia durante il orario "entrambi aperti"). Per massimizzare in modo assoluto la corrente del solenoide senza tenere conto della durata della batteria, impostare il rapporto tra il tempo della batteria e il "tempo di cortocircuito" in modo che la batteria venga assorbita fino a circa 4,5 volt. Ciò trarrà la massima potenza dalla batteria, anche se farà sprecare circa la metà della sua energia per riscaldarsi. Impostando il rapporto un po 'più in basso, in modo da ridurre la batteria solo a 6 volt, ridurrà leggermente la corrente della bobina (di circa il 12%) ma migliorerà la durata della batteria del 50%, poiché solo un terzo dell'energia della batteria verrà sprecato termoautonomo.

L'uso di una batteria da 9V implica l'utilizzo di una sola batteria da 9V.

Se questo non è un vero vincolo sotto il quale stai lavorando, ti consiglio di collegarne in serie diverse per ottenere una tensione più alta. Se è possibile utilizzare solo una singola batteria da 9 V, consiglio di acquistare un condensatore ad alta capacità e caricarlo attraverso un circuito limitatore di corrente, quindi accenderlo per alimentare il solenoide. Questo non darà un'uscita sostenuta, ma a seconda del circuito e del solenoide, dovrebbe darti 600 N

Usa due batterie al litio ad alto consumo IMR in serie. Le taglie da 18650 a 26650 o più possono fornire correnti fino a 60 ampere. Se la tensione è troppo bassa (8.4) è possibile utilizzare batterie LiFePo per 9.6 volt, (3 volte 3.2 volt).