Dadas todas las ineficiencias, ¿es "gratis" enchufar, digamos, un teléfono inteligente en un automóvil para cargarlo mientras conduzco?
Respuesta corta: no (pero es tan difícil medir el impacto que es difícil saberlo).
Recuerde, el alternador tiene que alimentar todo lo conectado al sistema eléctrico. Cargar la batería es una carga grande al principio, pero se cae cuando la batería alcanza una carga completa. Su estéreo maravillosamente robusto también consume mucha potencia. Las luces son otra carga sorprendentemente grande: ¿recuerdas todas esas bombillas incandescentes horriblemente ineficientes que todos están reemplazando en sus casas? En las circunstancias correctas, puedo observar que mi motor en ralentí cae un poco usando solo las luces (si paso de la luz de cruce a las luces altas).
Peor aún, el alternador no es particularmente eficiente en sí mismo. Echemos un vistazo al artículo de Wikipedia para un resumen de por qué:
La eficiencia de los alternadores automotrices está limitada por la pérdida de enfriamiento del ventilador, la pérdida de cojinetes, la pérdida de hierro, la pérdida de cobre y la caída de voltaje en los puentes de diodos. Con una carga parcial, la eficiencia es entre 50-62%, dependiendo del tamaño del alternador y varía con la velocidad del alternador. [6] Esto es similar a los alternadores de imanes permanentes de alto rendimiento muy pequeños, como los utilizados para los sistemas de iluminación de bicicletas, que logran una eficiencia de alrededor del 60%.
Entonces, incluso antes de enchufar su teléfono, el alternador ya está lidiando con una variedad de cargas mucho más grandes, incluidas sus propias ineficiencias internas. Entonces, si conecta un cargador de 2.1 amperios a un alternador que tiene una capacidad de 50-70 amperios, sí, está consumiendo más corriente. También está poniendo más carga inductiva en el alternador que, por lo tanto, pone más carga en todo el sistema mecánico.
¿Vas a poder decirlo? No sin un cuidadoso procedimiento experimental.
Si no es gratis, ¿de dónde proviene específicamente la energía? ¿El alternador pone una mayor carga física en el motor?
Sí (pero no una carga tan alta como mover el automóvil). Nuevamente, usando un artículo de Wikipedia como punto de partida:
Los alternadores generan electricidad utilizando el mismo principio que los generadores de CC, a saber, cuando el campo magnético alrededor de un conductor cambia, se induce una corriente en el conductor. Típicamente, un imán giratorio, llamado rotor, gira dentro de un conjunto estacionario de conductores enrollados en bobinas en un núcleo de hierro, llamado estator. El campo atraviesa los conductores, generando un EMF inducido (fuerza electromotriz), ya que la entrada mecánica hace que el rotor gire.
Entonces, a un nivel increíblemente simplificado, puede pensar en un alternador como algo similar a una bomba de agua, excepto que, en lugar de crear una corriente de agua, está creando una corriente eléctrica.
Esta corriente alterna la dirección muy rápido, lo que nunca haría con una bomba de agua, ya que causaría cavitación. La analogía se rompe bastante rápido, pero pasemos la mano para pasar esa parte ...
Cualquier cosa eléctrica conectada al sistema necesita esa corriente para fluir. Si agrega más carga al sistema eléctrico, eso eventualmente se traducirá en más trabajo mecánico para que el alternador cree esa corriente original. A medida que el motor gira el alternador, eventualmente todo esto hace que el motor haga más trabajo.