¿Esfuerzo físico en la salida de 5V 1–2A?

Tengo un iPhone, y a veces recargarlo desde una pared es un inconveniente. Tal vez estoy en un largo viaje en autobús. Si estoy dispuesto a hacer actividad física / ejercicio para producir energía, ¿cuánto esfuerzo necesitaría hacer para actuar como cargador de teléfono, suministrando 1–2 amperios constantes a 5 V?

Este dispositivo hipotético necesitaría ser lo suficientemente pequeño y ligero como para poder llevarlo ... no tiene sentido si tengo que estar en casa para usarlo.

Por ejemplo, hay un dispositivo de ejercicio de mano simple que aprietas una y otra vez para desarrollar músculo de la mano. ¿Cuánto poder podría generar eso?

20 vatios entregados en un generador de arranque manual (suficiente para entregar 10 vatios eléctricos después de las pérdidas de conversión) podrían ser administrados todo el día por una persona motivada y en forma. Esto emplearía todos los músculos del brazo. Sin embargo, necesitaría manivelas de longitud razonable, manijas cómodas, un buen montaje seguro para el generador, no es algo que pueda llevar y usar despreocupadamente en un autobús.

Se podría manipular un dispositivo de compresión y agarre para generar algo de potencia, pero, solo pudiendo usar los pequeños músculos de agarre en el antebrazo, tendría dificultades para obtener más de unos pocos vatios durante unos minutos antes del agotamiento.

Si no te importa pararte, entonces un mini-stepper podría ser manipulado con un generador. Esto usaría sus piernas, por lo que estamos de vuelta en la sostenida cantidad de 10s de vatios, incluso más de 100. Podría estar estable en el suelo y tal vez caber en una mochila pequeña, por lo que es probablemente el dispositivo más adecuado en general. Tenga en cuenta que una persona de 70 kg que sube escalones de 200 mm de altura, uno por segundo, produce 140 vatios.

La mención de Neil_UK de los dispositivos de entrenamiento de fuerza de agarre manual me hizo sentir curiosidad sobre cuánta potencia podrían proporcionar sus manos. Para obtener una estimación, busqué tales dispositivos, aparentemente aparentemente proporcionan aproximadamente 500 N de resistencia en una distancia de 6 cm. Esto nos da alrededor de 30J de energía mecánica por compresión. No estoy seguro de cuántos apretones puedes hacer por segundo, así que vamos con energía. Una celda de batería AA NiMH almacena aproximadamente 12 kJ de electricidad, por lo que necesitaría 400 compresiones para cargar una sola batería AA NiMH . ¡Buena suerte con eso! Y este cálculo ni siquiera tiene en cuenta las pérdidas.

Como también menciona Neil_UK, los músculos de los brazos y las piernas son mucho más fuertes. Incluso una persona no capacitada puede producir 100 W en una bicicleta durante largos períodos de tiempo (> 1 h).

10 vatios en comparación con las 550 libras-pie y 746 vatios de ONE Horsepower, nos dan números útiles.

Debe levantar 550 libras-pie * 10/746 = 550 * 1/75 ~~ 8 libras levantadas UN PIE, cada segundo.

¿Puedes levantar un galón de agua, cada segundo, un pie, durante una hora?

Técnicamente, una persona con una masa de 100 kg caminando en pasos de 1 m a 2 m / s (aproximadamente 4.5 millas por hora) tiene que generar / usar aproximadamente 500 W de potencia, como ilustra este artículo . Entonces, si tiene algún dispositivo incrustado en sus zapatos, la cosecha de 10 W adicionales debería ser factible, especialmente porque necesita la carga solo durante 1 hora (las baterías de los teléfonos inteligentes tienen una capacidad de aproximadamente 10 W-hr, y si descuidamos las pérdidas de conversión). Por lo tanto, agregar un 2% de carga al esfuerzo de caminar debería hacer el trabajo. Qué tan cómodos serán estos zapatos es otra pregunta.

Hubo intentos de utilizar la cosecha de energía dentro de los zapatos, pero los resultados no fueron muy impresionantes, 3-4 mW.

Incluso hay instrucciones de cómo hacer un "generador de zapatos" con piezas de una linterna recargable, por lo que este método probablemente genera más de unos pocos milivatios.

RECONSIDERACIÓN Y CORRECCIONES: Esta respuesta llama la atención de que no solo hay un "agarre manual" para la recolección de energía al levantar algo, sino que el trabajo de pies también tiene algunas capacidades. Sin embargo, las expectativas anteriores son demasiado optimistas.

(1) una velocidad de 4.5 mph es una buena caminata de maratón de 5 km, y no es para una persona promedio lograrlo en 1 hora. Entonces sí, es una "caminata rápida", o como andar en bicicleta en el Tour de Francia;

(2) observacionalmente, caminar requiere levantar el centro de masa de una persona solo de 2 a 3 cm, no como un radio rígido de 1 metro rodando sin un borde como sugiere el modelo citado. Por lo tanto, la potencia mecánica de una caminata de 2 pasos por segundo parece ser del orden de 2 x 100 x 0.03 xg ~ = 60 vatios. (esto no aborda cuánto debe comer una persona para lograr esto).

(3) Por lo tanto, una zapata generadora de energía debe tener un émbolo de excursión de 0,5 cm para generar 10 W a partir de un cuerpo de 100 kg de marcha rápida, suponiendo una eficiencia del 100%.

(4) Peor aún, la eficiencia de los generadores de manivela, incluso si están hechos por los mejores ingenieros militares , no supera el 50%, por lo que los zapatos deben tener un zapato de excursión de 1 cm para generar 10 W.

(5) Por lo tanto, un generador de manivela de 10 W, si está incrustado en un zapato, consumirá alrededor del 15-20% de los esfuerzos de marcha rápida, lo que podría no ser cómodo.

(6) Véase también una respuesta bastante relacionada en EE Stack Exchange sobre los esfuerzos para generar electricidad.

CONCLUSIÓN: La tarea de cargar un teléfono inteligente en una hora usando potencia muscular requeriría una persona muy dedicada y en buena forma física.