Körperliche Anstrengung bei der Ausgabe von 5V 1–2A?

Ich habe ein iPhone und manchmal ist es unpraktisch, es von einer Wand aufzuladen. Vielleicht bin ich auf einer langen Busfahrt. Wenn ich bereit bin, körperliche Aktivität / Bewegung zu betreiben, um Strom zu erzeugen, wie viel Aufwand müsste ich aufbringen, um als Telefonladegerät zu fungieren und eine konstante Leistung von 1 bis 2 Ampere bei 5 V zu liefern?

Dieses hypothetische Gerät müsste klein und leicht genug sein, damit ich es tragen kann ... es macht keinen Sinn, wenn ich zu Hause sein muss, um es zu benutzen.

Zum Beispiel gibt es ein einfaches Handübungsgerät, das Sie immer wieder drücken, um Handmuskeln aufzubauen. Wie viel Strom könnte das erzeugen?

20 Watt, die in einen handgekurbelten Generator geliefert werden (genug, um 10 elektrische Watt nach Umwandlungsverlusten zu liefern), könnten den ganzen Tag von einer gesunden und motivierten Person verwaltet werden. Dies würde alle Ihre Armmuskeln beschäftigen. Sie benötigen jedoch Kurbeln mit angemessener Länge, bequeme Griffe und eine gute sichere Halterung für den Generator. Dies ist nichts, was Sie lässig auf einem Bus tragen und verwenden würden.

Ein Grip-Squeeze-Gerät könnte so konstruiert werden, dass es etwas Strom erzeugt. Wenn Sie jedoch nur die kleinen Griffmuskeln im Unterarm nutzen können, haben Sie vor der Erschöpfung einige Minuten lang Schwierigkeiten, mehr als ein paar Watt zu erreichen.

Wenn es Ihnen nichts ausmacht zu stehen, kann ein Mini-Stepper mit einem Generator ausgestattet werden. Dies würde Ihre Beine beanspruchen, also sind wir wieder in der anhaltenden Region von vielen 10 Watt, sogar über 100. Es könnte stabil auf dem Boden liegen und vielleicht in einen kleinen Rucksack passen, ist also wahrscheinlich das am besten geeignete Gerät insgesamt. Bedenken Sie, dass eine 70 kg schwere Person, die eine Sekunde lang 200 mm hohe Stufen hinaufgeht, 140 Watt liefert.

Neil_UKs Erwähnung von Handgriff-Krafttrainingsgeräten machte mich neugierig, wie viel Kraft Ihre Hände bieten könnten. Um eine Schätzung zu erhalten, habe ich nach solchen Geräten gesucht. Anscheinend bieten sie normalerweise einen Widerstand von etwa 500 N über eine Entfernung von 6 cm. Dies gibt uns ungefähr 30 J mechanische Energie pro Druck. Ich bin mir nicht sicher, wie viele Quetschungen du pro Sekunde machen kannst, also lass uns mit Energie gehen. Eine NiMH AA-Batteriezelle speichert etwa 12 kJ Strom, sodass Sie 400 Quetschungen benötigen, um eine einzelne NiMH AA-Batterie aufzuladen . Viel Glück damit! Und diese Berechnung berücksichtigt nicht einmal Verluste.

Wie Neil_UK auch erwähnt, sind Arm- und Beinmuskeln viel stärker. Selbst eine ungeübte Person kann über einen langen Zeitraum (> 1 Stunde) 100 W auf einem Fahrrad abgeben.

10 Watt im Vergleich zu 550 Fuß-Pfund und 746 Watt EINER Pferdestärke geben uns nützliche Zahlen.

Sie müssen 550 Fuß-Pfund * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 Pfund heben, die pro Sekunde EINEN FUSS angehoben werden.

Können Sie eine Stunde lang jede Sekunde eine Gallone Wasser auf einen Fuß heben?

Technisch gesehen muss eine Person mit einer Masse von 100 kg, die in 1-m-Schritten mit 2 m / s (ungefähr 4,5 Meilen pro Stunde) geht, ungefähr 500 W Leistung erzeugen / verbrauchen, wie dieser Artikel zeigt. Wenn Sie also ein Gerät in Ihre Schuhe eingebettet haben, sollte es möglich sein, zusätzliche 10 W zu ernten, zumal Sie die Ladung nur 1 Stunde lang benötigen (Smartphone-Akkus haben eine Kapazität von etwa 10 W-Stunden und vernachlässigen Umwandlungsverluste). Das Hinzufügen von 2% Last zum Gehen sollte also die Arbeit erledigen. Wie bequem diese Schuhe sein werden, ist eine andere Frage.

Es gab Versuche , die Energiegewinnung in Schuhen zu nutzen, aber die Ergebnisse waren mit 3-4 mW nicht sehr beeindruckend.

Es gibt sogar Anleitungen, wie man aus Teilen einer wiederaufladbaren Taschenlampe einen "Schuhgenerator" macht, so dass diese Methode wahrscheinlich mehr als wenige Milliwatt erzeugt.

ÜBERPRÜFUNG UND KORREKTUREN: Diese Antwort macht darauf aufmerksam, dass nicht nur ein "Handgriff" für die Energiegewinnung durch Anheben von etwas verfügbar ist, sondern auch Beinarbeit einige Fähigkeiten besitzt. Die oben genannten Erwartungen sind jedoch zu optimistisch.

(1) 4,5 Meilen pro Stunde sind ein guter 5-km-Marathonlauf, und es ist nicht für eine durchschnittliche Person, ihn in 1 Stunde zu schaffen. Also ja, es ist in der Tat ein "flotter Spaziergang" oder wie ein Fahrrad auf der Tour de France;

(2) Beobachtungsmäßig erfordert das Gehen, dass der Schwerpunkt einer Person nur um 2-3 cm angehoben wird, nicht wie eine 1 m lange steife Speiche, die ohne Rand überrollt, wie das zitierte Modell vorschlägt. Daher scheint die mechanische Leistung eines Spaziergangs mit 2 Schritten pro Sekunde in der Größenordnung von 2 × 100 × 0,03 × g ~ = 60 Watt zu liegen. (Dies spricht nicht an, wie viel eine Person essen sollte, um dies zu erreichen).

(3) Daher muss ein Strom erzeugender Schuh einen Auslenkkolben von 0,5 cm haben, um 10 W aus einem 100 kg schweren, schnell gehenden Körper unter der Annahme eines Wirkungsgrads von 100% zu erzeugen.

(4) Schlimmer noch, der Wirkungsgrad von Kurbelgeneratoren, selbst wenn er von den besten Militäringenieuren hergestellt wird , überschreitet 50% nicht. Daher müssen die Schuhe einen 1-cm-Auslenkschuh haben, um 10 W zu erzeugen.

(5) Daher verbraucht ein 10-W-Kurbelgenerator, wenn er in einen Schuh eingebettet ist, etwa 15 bis 20% der schnellen Gehanstrengungen, was möglicherweise nicht bequem ist.

(6) Siehe auch eine ziemlich verwandte Antwort zu EE Stack Exchange über die Bemühungen zur Stromerzeugung.

FAZIT: Die Aufgabe, ein Smartphone in einer Stunde mit Muskelkraft aufzuladen, würde eine sehr engagierte und körperlich gesunde Person erfordern.