Sforzo fisico nel produrre 5V 1

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Ho un iPhone e a volte ricaricarlo da una parete è scomodo. Forse sono in un lungo viaggio in autobus. Se sono disposto a fare attività fisica / esercizio per produrre energia, quanti sforzi dovrei fare per agire come caricatore del telefono, fornendo un costante 1–2 amp a 5 V?

Questo ipotetico dispositivo dovrebbe essere abbastanza piccolo e leggero da poterlo trasportare ... inutile se devo essere a casa per usarlo.

Ad esempio, c'è un semplice dispositivo di esercizio per le mani che si preme più volte per costruire il muscolo della mano. Quanto potere potrebbe generare?

power-supply

— Philip
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Non dirò troppo, ma indicherò questo link: newatlas.com/… . È una cyclette. Una persona che guida questo può generare 200 W di potenza - per la tua situazione (5 V @ 2 A), ovvero solo 10 W di potenza - il 5% di ciò che la bici potrebbe generare. Quindi vorrei fare una scommessa e dire che è possibile. Ma non ho idea di come (probabilmente più adatto a un ingegnere meccatronico / meccanico).

— DSWG

Probabilmente un dispositivo manuale più efficiente è un generatore a manovella. Questi non sono dispositivi di compressione, tuttavia, e penso che siano tutti montati in qualche modo. Ma ho visto unità che vanno da 10 W a 65 W (anche se non so per quanto tempo potremmo tenere il passo con un generatore da 65 W.) Il tuo totale è di 10 W, quindi i dispositivi a manovella esistono nell'intervallo giusto per funzionamento continuo e diretto. Le efficienze possono essere così elevate, quindi ho letto l'80%. Ma naturalmente, la biomeccanica umana ha posizioni più / meno efficienti durante una manovella, e in ogni caso gli umani NON sono convertitori efficienti di energia, loro stessi. Vedi brevetto US7893551B2.

— Jon

Radio a manovella di Google, vedi se riesci a ottenere una cifra di potenza? Non è necessario generare i 10 W completi, purché i circuiti delle porte USB siano abbastanza sofisticati da segnalare la quantità di corrente che può generare.

— TimWescott,

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Se ottieni uno di quei dispositivi di compressione e misuri la forza necessaria per comprimere, puoi quindi stimare la potenza - energia = forza * distanza, potenza = energia / tempo. Quindi scopri quanta energia per compressione, quindi scopri quanto velocemente puoi spremere la cosa continuamente. Ti consigliamo di spegnere le mani destra e sinistra, o sembrerai Popeye da un lato e Olivoil dall'altro.

— TimWescott,

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Non rispondendo alla domanda, ma suggerirei di acquistare una power bank di buona qualità come questa da (produttore di telefoni cinese) Huawei.

— Spehro Pefhany,

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20 watt erogati in un generatore a manovella (sufficienti per erogare 10 watt elettrici dopo perdite di conversione) potrebbero essere gestiti tutto il giorno da una persona in forma e motivata. Ciò impiegherebbe tutti i muscoli del braccio. Tuttavia, avresti bisogno di pedivelle di lunghezza ragionevole, comode maniglie, un buon montaggio sicuro per il generatore, non è qualcosa su cui porteresti e con disinvoltura su un bus.

Un dispositivo di presa della presa potrebbe essere truccato per generare un po 'di potenza ma, potendo solo usare i muscoli della piccola presa nell'avambraccio, faresti fatica a ottenere più di qualche watt per alcuni minuti prima dell'esaurimento.

Se non ti dispiace stare in piedi, un mini stepper potrebbe essere equipaggiato con un generatore. Questo userebbe le tue gambe, quindi siamo tornati nei sostenuti molti 10 watt, anche in oltre 100 regioni. Potrebbe trovarsi stabilmente sul pavimento e potrebbe adattarsi a un piccolo zaino, quindi è probabilmente il dispositivo più adatto in assoluto. Considera che un individuo di 70 kg che cammina su gradini alti 200 mm uno al secondo eroga 140 watt.

— Neil_UK
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Adoro l'idea stepper. Migliori muscoli da usare, nessun montaggio richiesto.

— Peter - Ripristina Monica il

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@ PeterA.Schneider sei consapevole che questo renderà obsoleta la manovella?

— UKMonkey,

c'è modo di trasformarlo in un deadlift / squat machine? Immagino che tu fissi la barra a un generatore via cavo e lo tiri per le ripetizioni.

— aaaaa dice di ripristinare Monica il

Il design più conveniente da utilizzare a una scrivania o come non conducente in un veicolo è probabilmente qualcosa come una macchina da cucire o un pedale d'organo, con una singola asta del pistone che guida il generatore a manovella.

— R .. GitHub smette di aiutare ICE il

@ Ale..chenski Sei 9,81 volte. 70 kgf x 0,2 m al secondo x 9,81 m al (secondo quadrato) (per arrivare a Newton da kgf) = 137,34 watt, che è inferiore ai 140 che ho affermato per la prima volta, ma, ehi, per un ingegnere, 9,81 è 10. Whoops, quel sito che hai collegato è 9,81 volte, quindi l'aritmetica non è colpa tua. Ma chi va a un calcolatore web e lo crede ciecamente?

— Neil_UK,

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La menzione di Neil_UK sui dispositivi per l'allenamento della forza della presa mi ha incuriosito quanto potere le tue mani potessero fornire. Per ottenere una stima ho cercato tali dispositivi, a quanto pare di solito forniscono circa 500 N di resistenza su una distanza di 6 cm. Questo ci dà circa 30J di energia meccanica per compressione. Non sono sicuro di quante pressioni puoi fare al secondo, quindi andiamo con energia. Una cella a batteria NiMH AA immagazzina circa 12kJ di elettricità, quindi per ricaricare una singola batteria NiMH AA sono necessarie 400 pressioni . Buona fortuna! E questo calcolo non tiene nemmeno conto delle perdite.

Come menziona anche Neil_UK, i muscoli delle braccia e delle gambe sono molto più forti. Anche una persona non allenata può erogare 100 W su una bicicletta per lunghi periodi (> 1h).

— Michael
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Sono abbastanza fiducioso che la forza non sia di 500 N (sarebbe approssimativamente il peso di un sacco di cemento).

— Peter - Ripristina Monica il

Presa 500N, wow, non voglio stringere la mano a te! Strinsi la mano di un ragazzo e gli chiesi "sei un batterista o un esperto di karate?" Sorrise e disse che era un canoista.

— Neil_UK,

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In realtà, secondo questo studio 500N sembra essere comune tra gli uomini, mentre per le donne è 200N in meno.

— Peter - Ripristina Monica il

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@ PeterA.Schneider Carta interessante. Mentre 500N potrebbe essere un picco di forza di presa, penso che una cifra inferiore sia appropriata per la generazione di energia, che richiederebbe una forza media per un lungo viaggio. Vedo che hanno confrontato uno con tre prove di presa e hanno notato che la fatica di presa è un problema nelle tre prove. Almeno ora so per evitare di stringere la mano ai norvegesi

— Neil_UK

Grazie per aver trovato e collegato il documento. I dispositivi di allenamento di solito indicano 30 - 150 libbre o anche 300 libbre (1500 N). Per l'allenamento della forza di solito fai da ~ 3 a ~ 15 ripetizioni, quindi sì, la fatica sarebbe un problema se dovessi fare 400 di loro;)

— Michael

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10 watt rispetto ai 550 piedi-libbre e 746 watt di ONE Horsepower, ci danno numeri utili.

Devi sollevare 550 piedi-libbre * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 libbre sollevate UN PIEDE, ogni secondo.

Riesci a sollevare un litro di acqua, ogni secondo, su un piede, per un'ora?

— analogsystemsrf
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Quanto costa questo in unità SI?

— Cena del

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@Suppen se sollevi una bottiglia da due litri di mezzo metro ogni secondo, sarà circa 10 watt: 2L * 1kg / L * 10m / s ^ 2 * 0,5m * 1Hz = 10W.

— Ruslan,

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Sollevare le cose non è una grande analogia, perché gli umani esercitano energia anche se non viene fatto alcun lavoro su un oggetto (immagina di tenere la bottiglia da due litri sopra la testa per un'ora). C'è una buona ragione per cui il potere umano viene spesso misurato in potenza di uscita in bicicletta.

— Sanchises,

Il punto è che l'OP deve eseguire questa operazione fino a quando la batteria non viene caricata.

— analogsystemsrf

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Tecnicamente, una persona con una massa di 100 kg che cammina a passi di 1 m a 2 m / s (circa 4,5 miglia all'ora) deve generare / utilizzare circa 500 W di potenza, come questo articolo illustra . Quindi, se hai un dispositivo incorporato nelle scarpe, dovrebbe essere possibile raccogliere 10 W in più, soprattutto perché hai bisogno di caricare solo per 1 ora (le batterie dello smartphone hanno una capacità di circa 10 W-h e se trascuriamo le perdite di conversione). Quindi aggiungere il 2% di carico allo sforzo di camminare dovrebbe fare il lavoro. Quanto saranno comode queste scarpe è un'altra domanda.

Ci sono stati tentativi di utilizzare la raccolta di energia all'interno delle scarpe, ma i risultati non sono stati molto impressionanti, 3-4 mW.

Ci sono persino istruttori come ricavare il "generatore di scarpe" dalle parti della torcia ricaricabile, quindi questo metodo probabilmente genera più di pochi milliwatt.

RICONSIDERAZIONE E CORREZIONI: Questa risposta porta all'attenzione che non solo è disponibile una "impugnatura" per la raccolta di energia sollevando qualcosa, ma anche il footwork ha alcune capacità. Le aspettative di cui sopra sono tuttavia eccessivamente ottimistiche.

(1) un 4,5 mph è una buona camminata di maratona 5K, e non è per una persona media realizzarla in 1 ora. Quindi sì, è davvero una "camminata veloce", o come andare in bicicletta sul Tour de France;

(2) osservazionalmente, camminare richiede di sollevare il centro di massa di una persona di soli 2-3 cm, non come un raggio rigido di 1 metro che rotola senza bordo come suggerisce il modello citato. Pertanto, la potenza meccanica di una camminata di 2 passi al secondo sembra essere dell'ordine di 2 x 100 x 0,03 xg ~ = 60 Watt. (questo non indica quanto una persona dovrebbe mangiare per raggiungere questo obiettivo).

(3) Pertanto, una scarpa che genera energia deve avere uno stantuffo da escursione di 0,5 cm per generare 10 W da un corpo che cammina veloce da 100 kg assumendo un'efficienza del 100%.

(4) Peggio ancora, l'efficienza dei generatori a manovella, anche se realizzati dai migliori ingegneri militari , non supera il 50%, quindi le scarpe devono avere una scarpa da escursione da 1 cm per generare 10 W.

(5) Pertanto un generatore a manovella da 10 W, se incorporato in una scarpa, consumerà circa il 15-20% degli sforzi di camminata veloce, che potrebbero non essere comodi.

(6) Vedi anche una risposta abbastanza correlata su EE Stack Exchange sugli sforzi per generare elettricità.

CONCLUSIONE: Il compito di caricare uno smartphone in un'ora usando la potenza muscolare richiederebbe una persona molto dedicata e fisicamente in forma.

— Ale..chenski
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Nulla di ciò che scrivi qui supporta il 10W o anche vicino ad esso che OP richiede effettivamente. L '"istruttore" non mostra nemmeno che funzioni.

— pipe

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"una persona con una massa di 100 kg che cammina a passi di 1 m a 2 m / s (circa 4,5 miglia all'ora) deve generare / utilizzare circa 500 W" - Quei numeri sembrano sospetti. Questa fonte mette i corridori del Tour de France a 500 W continui (che corrispondono ragionevolmente a ciò che ho letto prima). Ciò significa che il tuo ragazzo grande che cammina rapidamente consumerebbe la stessa potenza di un atleta del Tour de France, di cui dubito. Il tuo articolo fa anche molte ipotesi errate: le gambe sono poli rigidi, l'energia del movimento verso il basso viene persa invece di essere recuperata.

— marcelm,

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500 W sono 120 calorie al secondo. Ho fatto una passeggiata di beneficenza un paio di giorni fa, sostenendo circa 2m / s per un'ora e peso 100 kg. Non ho mai bruciato 400.000 calorie, quindi questo modello deve essere lontano. La maggior parte dei calcolatori di esercizio lo metterebbe nell'intervallo 500-1000 calorie, quindi non genererei più di un paio di watt.

— Phil G

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@PhilG Sei sicuro di non confondere calorie e chilocalorie? Questi ultimi sono spesso, confusamente, scritti come "Calorie"? 400kcal non è un'enorme quantità di energia: è circa un sesto dell'apporto giornaliero raccomandato.

— David Richerby,

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@PhilG 400kcal per un'ora di camminata suona davvero plausibile in realtà. Ma c'è una grande differenza tra l'energia consumata negli alimenti e l'energia fornita come lavoro meccanico. La domanda dei PO si riferisce a quest'ultimo, ma questo thread di commenti si è evoluto nel primo. Penso che questo sia anche ciò che mi ha colpito quando ho interpretato la risposta di Ale..chenski (che aiuta a confondere i due in "generare / usare circa 500 W" ) ...

— marcelm

Sforzo fisico nel produrre 5V 1–2A?