¿Qué tan difícil es construir un generador si saltaste al pasado distante?

Para que conste, toda mi carrera en la Marina fue como electricista y mi título es en electrónica de potencia.

Cualquier estudiante de primer año de EE ha observado que realmente se puede generar un voltaje (bastante pobre) simplemente agitando una bobina en el aire. Esto funciona de la forma habitual, porque la tierra tiene un campo magnético, nada raro. Es débil, tal vez incluso más débil de lo que crees que es. Pero, es suficiente para lo que necesitamos. El mayor problema ahora es que el viajero en el tiempo debe tener una forma de rectificar el flujo de corriente o fallar por completo.

La razón por la que lo necesita es porque necesitamos alimentar la salida del generador a la entrada de un electroimán enrollado a mano en el núcleo del extremo del generador a través de anillos colectores, literalmente una pieza redonda de metal sobre la que puede montarse otro conductor, a la que el el imán está conectado. Si la entrada no se rectifica, entonces los polos norte y sur del interruptor magnético colocan cada ciclo y su alternador no alterna muy bien.

Si puede hacer eso, el siguiente problema es controlar el circuito de retroalimentación. Al intentar encender el generador, todo es genial: tiene un pequeño flujo de corriente que refuerza gradualmente el campo del núcleo ferromagnético. Una vez que aparece el campo, tiene un problema: está pasando un voltaje distinto de cero a través de una resistencia muy baja. Esto hará una de dos cosas: lo más probable es que evite que su generador pueda desarrollar una salida viable, porque está en cortocircuito. Pero si trabaja muy duro, tiene manos firmes y construye una cabeza de generador bastante buena, el circuito de retroalimentación aumentará el voltaje en la cabeza del generador y destruirá por completo todo su trabajo. Tenga en cuenta que esto no es energía libre: la ecuación sacrifica el flujo de corriente por el voltaje y usted forma un arco a través de su aislamiento.

Pasaré por alto algunas de las cosas más técnicas diciendo que es mucho más probable que el valiente aventurero se vea obligado a construir una máquina de corriente continua. En realidad, esto es más difícil de hacer, pero permite el uso de un rectificador mecánico especial llamado conmutador. El conmutador es un anillo multicapa de secciones conductoras separadas por un aislante mineral en tiras finas, sobre las que un conductor puede deslizarse mientras rueda. Cada conjunto de secciones en lados opuestos entre sí está conectado a un bucle conductor separado y no hay dos conjuntos conectados. Dado que la corriente entra y sale del conmutador en ángulos fijos, los imanes correspondientes se pueden colocar en un cierto ángulo con respecto a los conductores de entrada y salida del conmutador: el rotor gira pero la relación entre los campos magnéticos no se invierte. (Sí,

Esto todavía no resolvió nuestro problema con el regulador, pero si su viajero en el tiempo sabe cómo funciona todo lo anterior, existe una posibilidad razonable de que sepa qué es un amplificador magnético y que es mucho más fácil que construir un tubo de vacío desde cero. Este es básicamente un transformador elegante, diseñado intencionalmente para saturarse en un punto específico y luego tener una respuesta mucho más reducida. Sin profundizar demasiado, si puede hacer los cálculos, y tiene cobre y un aislante, puede hacer esto y el electroimán debería encenderse por sí mismo Y no quemarse.

Entonces, después de miles de horas de material agotador, refinamiento y fabricación de herramientas más tarde, si no se murió de hambre o tuvo una fiesta sorpresa con algunos velociraptores, ahora tiene lo que probablemente sea un cabezal generador bastante decente.

El motor solo debería tardar unas diez veces más. Construir una bicicleta, tal vez.

Editar: supongo que esto recibió un voto negativo porque la pregunta intenta evitar el problema de la rectificación. A modo de aclaración, en el caso de que los imanes permanentes no estén disponibles, evitar la rectificación no es una opción . Un imán permanente mantiene la misma polaridad a medida que gira alrededor de la armadura, pero si lo intenta con la salida sin rectificar de un generador hecho a mano, la polaridad del electroimán cambia a medida que avanza y no obtiene ninguna salida.

Descripción general

R: ¡Muy duro! Pero no imposible...

Puedes usar un imán para hacer electricidad, y puedes usar electricidad para hacer un imán, ¡pero siempre necesitas uno para hacer el otro! Obviamente, un electroimán está fuera de discusión, ya que la electricidad es el recurso que está tratando de obtener. Y acordamos que los imanes naturales son muy difíciles de conseguir. Entonces te quedas tratando de crear un imán permanente desde cero.

Proceso

Si tiene metalurgia básica disponible, puede calentar una barra de hierro y exponerla a un campo magnético. También podría usar el campo magnético de la tierra, ya que es "gratuito", pero también ayuda si tiene cualquier otro imán, incluida una piedra imán débil (¡o cualquier imán en su computadora portátil! como el de los enchufes de alimentación de Mac;). Con suficiente práctica, debería ser posible hacer un imán más fuerte que el que empezaste (el calor libera los dominios magnéticos para reorientarlos, y cualquier campo magnético inducido los orientará en la misma dirección, estadísticamente hablando). También puede usar la fuerza de impacto de un martillo para liberar los dominios, pero esto probablemente sea mucho menos efectivo que el calentamiento directo.

Enfríe la barra calentada y los nuevos dominios se "congelarán" en su lugar. Ahora tienes un nuevo imán permanente. Obtenga otra barra, haga lo mismo, pero ahora use su imán recién creado más poderoso para inducir un campo magnético más fuerte en la nueva barra, y debería poder hacer un imán tan poderoso como lo permite esta tecnología. El límite sería cuántos dominios magnéticos puede liberar en el proceso de calentamiento y cuántos puede orientar utilizando el campo magnético inducido. Cuantos más imanes tenga, más fuerte será el campo que puede inducir en cualquier imán recién creado.

Conclusión

Incluso sin ningún imán permanente, aún puede crear uno con solo hierro y un fuego lo suficientemente caliente como para liberar los dominios magnéticos internos. Esto se debe a que vivimos encima de una dínamo gigante que proporciona convenientemente un campo magnético que salva vidas. Sin él, se vería reducido a iniciar el proceso con un electroimán, lo que podría ser posible usando electricidad estática, pero seguramente sería muy tedioso de construir.

Un generador simple es relativamente fácil de construir.
https://www.wikihow.com/Make-a-Simple-Electric-Generator
Cuanto menor sea el voltaje de salida, más fácil podría hacerse.

El primer generador, el generador de disco de Faraday, fue creado en 1831 (por Michael Faraday) utilizando un movimiento similar al de una rueda giratoria e incluso utilizó parte de la corriente generada para impulsar el imán.

La simplicidad lo hizo ineficiente, pero fue suficiente para involucrar a un joven Nikola Tesla, quien trabajó en su diseño antes de desarrollar un generador basado en un tambor mucho más capaz.

Para comenzar a generar energía, necesitará imanes bastante fuertes (que serían imposibles de localizar) o suficiente electricidad para alimentar inicialmente un electroimán. Curiosamente, podría ser posible extraer fácilmente suficiente corriente continua de papas ligeramente hervidas para comenzar.
https://www.smithsonianmag.com/innovation/a-potato-battery-can-light-up-a-room-for-over-a-month-180948260/

Entonces, siempre que su viajero aterrice en un período de tiempo donde los artesanos de herramientas y cobre eran comunes, entonces podría ser posible. Los primeros egipcios fueron una de las civilizaciones más jóvenes conocidas por hacer joyas de cobre, por lo que probablemente sea el período de tiempo más antiguo y plausible.

La verdadera pregunta es...
¿Qué necesidad habría de fabricar un generador ineficiente, cuando el simple uso de patatas podría ser potencialmente más eficiente?

Puede construir un generador siempre que pueda obtener o hacer un cable de metal aislado (preferiblemente de cobre), por lo que, como puede imaginar, ¡puede retroceder bastante! Sin embargo, el problema es que los generadores producen energía de CA, mientras que los dispositivos como su teléfono celular requieren energía de CC. Los transformadores AC-DC requieren como mínimo condensadores y diodos (y reguladores de voltaje si desea un voltaje estable).

Supongo que podría fabricar capacitores y diodos si tuviera los conocimientos necesarios, pero sospecho que serían poco confiables, ineficientes y voluminosos. Será mejor que tome las partes de la tecnología que trajo consigo. Un cargador de teléfono celular, por ejemplo, contiene un transformador AC-DC (aparte del transformador reductor AC-AC).

Los generadores reales de alta potencia no usan solo imanes. Los realmente poderosos (como los de las centrales eléctricas) en realidad usan electroimanes, porque es mucho más fácil obtener un campo magnético fuerte de un electroimán que obtener suficientes imanes de tierras raras para hacer el truco.

Por supuesto, este es un momento del huevo y la gallina. Los generadores reales en realidad tienen imanes más pequeños, que pueden generar la corriente suficiente para arrancar los electroimanes más potentes y ponerlos en funcionamiento. De ahí en adelante, los imanes ayudan un poco, pero la mayor parte del campo magnético es generado por los electroimanes.

Es posible construir el generador, si es posible fabricar el cable algo aislado de cualquier tipo, y es posible fabricar su parte mecánica (rotor giratorio).

Se requiere un campo magnético alrededor del rotor. Podríamos usar electroimanes para ello, pero al menos pequeños imanes permanentes harían que el generador fuera más fácil (o incluso posible) de arrancar.

El generador no necesita el rectificador porque se puede montar un rectificador mecánico simple directamente en el eje del generador.

Finalmente, para deshacerse de las pulsaciones, debería ser posible construir más de un generador y conectarlos en paralelo. La salida promediada debería ser más suave.

Si está viajando en el tiempo al pasado y quiere una fuente de energía para cargar su aparato, simplemente traiga una dínamo (media docena por precaución). Puede girar su cabeza y le dará un flujo constante de electricidad de CC en las terminales.

No se meta en el lío de la construcción del generador de CA en el pasado. Va a resultar extremadamente difícil, si no simplemente imposible. La tecnología básica estaría disponible con la metalurgia y todo eso, pero la precisión de las piezas requeridas para un generador de CA confiable es algo que casi nunca se puede esperar construir.