Esforço físico na saída de 5V 1–2A?

Eu tenho um iPhone, e às vezes recarregá-lo de uma parede é inconveniente. Talvez eu esteja em uma longa viagem de ônibus. Se eu estiver disposto a fazer atividade / exercício físico para produzir energia, quanto esforço eu precisaria para atuar como um carregador de telefone, fornecendo 1–2 amperes a 5 V?

Esse dispositivo hipotético precisaria ser pequeno e leve o suficiente para que eu pudesse carregá-lo ... não adianta se precisar ficar em casa para usá-lo.

Por exemplo, há um dispositivo simples para exercícios das mãos que você aperta repetidamente para construir músculos das mãos. Quanta energia isso poderia gerar?

20 watts entregues em um gerador com manivela manual (o suficiente para fornecer 10 watts elétricos após perdas de conversão) poderiam ser gerenciados durante todo o dia por uma pessoa em forma e motivada. Isso empregaria todos os músculos do braço. No entanto, você precisaria de manivelas de comprimento razoável, alças confortáveis, uma boa montagem segura para o gerador, não é algo que você possa carregar e usar despreocupadamente em um ônibus.

Um dispositivo de aperto de aperto pode ser equipado para gerar um pouco de energia, mas, apenas sendo possível usar os pequenos músculos de aperto no antebraço, você terá dificuldade em obter mais do que alguns watts por alguns minutos antes da exaustão.

Se você não se importa em ficar de pé, um mini-stepper pode ser equipado com um gerador. Isso usaria suas pernas, por isso estamos de volta a muitos 10s de watts, até mais de 100 regiões. Ele pode estar deitado no chão de forma estável e talvez caber em uma mochila pequena, por isso é provavelmente o dispositivo mais adequado no geral. Considere que um indivíduo de 70 kg subindo degraus de 200 mm de altura um por segundo está fornecendo 140 watts.

A menção de Neil_UK aos dispositivos de treinamento de força de preensão manual me deixou curioso quanto poder suas mãos poderiam fornecer. Para obter uma estimativa, procurei esses dispositivos, aparentemente eles geralmente fornecem cerca de 500 N de resistência a uma distância de 6 cm. Isso nos dá cerca de 30J de energia mecânica por compressão. Não tenho certeza de quantos apertos você pode fazer por segundo, então vamos com energia. Uma célula de bateria NiMH AA armazena cerca de 12kJ de eletricidade, então você precisaria de 400 apertos para carregar uma única bateria NiMH AA . Boa sorte com isso! E esse cálculo nem leva em conta perdas.

Como Neil_UK também menciona, os músculos dos braços e pernas são muito mais fortes. Mesmo uma pessoa não treinada pode produzir 100W em uma bicicleta por longos períodos (> 1h).

10 watts em comparação com os 550 libras-pé e 746 watts de UM cavalo-vapor, nos fornece números úteis.

Você precisa levantar 550 libras-pé * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 libras levantadas UM PÉ, a cada segundo.

Você pode levantar um galão de água, a cada segundo, até um pé, por uma hora?

Tecnicamente, uma pessoa com massa de 100 kg andando em passos de 1 m a 2 m / s (cerca de 7,1 quilômetros por hora) precisa gerar / usar cerca de 500 W de potência, conforme este artigo ilustra . Portanto, se você tiver algum dispositivo embutido em seus sapatos, é possível obter 10 W extras, especialmente porque você precisa da carga por apenas 1 hora (as baterias dos smartphones têm capacidade de cerca de 10 W-hora e se negligenciarmos as perdas de conversão). Portanto, adicionar 2% de carga ao esforço de caminhada deve fazer o trabalho. O quão confortáveis ​​esses sapatos serão é outra questão.

Houve tentativas de usar a captação de energia dentro dos sapatos, mas os resultados não foram muito impressionantes, de 3 a 4 mW.

Existem até instruções sobre como criar "gerador de calçados" com peças de lanterna recarregável, portanto esse método provavelmente gera mais do que alguns miliwatts.

RECONSIDERAÇÃO E CORREÇÕES: Esta resposta destaca que não apenas um "punho de mão" está disponível para a colheita de força, levantando alguma coisa, mas o trabalho com os pés também tem algumas capacidades. As expectativas acima são, no entanto, excessivamente otimistas.

(1) 4,5 km / h é uma boa caminhada na Maratona de 5 km e não é para uma pessoa comum realizá-la em 1 hora. Então, sim, é uma "caminhada rápida", de fato, ou como andar de bicicleta no Tour de France;

(2) observacionalmente, caminhar exige elevar apenas o centro de massa de uma pessoa por 2-3 cm, não como um raio rígido de 1 metro rolando sem aros, como sugere o modelo citado. Portanto, a potência mecânica de uma caminhada de 2 passos por segundo parece ser da ordem de 2 x 100 x 0,03 xg ~ = 60 Watts. (isso não indica quanto uma pessoa deve comer para conseguir isso).

(3) Portanto, um sapato gerador de energia deve ter um êmbolo de excursão de 0,5 cm para gerar 10 W a partir de um corpo de caminhada rápida de 100 kg, assumindo 100% de eficiência.

(4) Pior ainda, a eficiência dos geradores de manivela, mesmo se feitos pelos melhores engenheiros militares , não exceda 50%; portanto, os sapatos devem ter um sapato de excursão de 1 cm para gerar 10 W.

(5) Portanto, um gerador de manivela de 10 W, se embutido em um sapato, consumirá cerca de 15 a 20% dos esforços de caminhada rápida, o que pode não ser confortável.

(6) Veja também uma resposta bastante relacionada no EE Stack Exchange sobre os esforços para gerar eletricidade.

CONCLUSÃO: A tarefa de carregar um smartphone em uma hora usando a força muscular exigiria uma pessoa muito dedicada e em boa forma física.