Eine 9-V-Batterie hat ungefähr eine gespeicherte Energie von:

$$ \ erfordert {Abbrechen} \ frac {560 \ Abbrechen {m} A \ Abbrechen {h} \ cdot 9V} {1} \ frac {3600s} {\ cancel {h}} \ frac {1} {1000 \ cancel {m}} \ ca. 18144VAs \ ca. 18 kJ $$

Ein Joule ist eine Wattsekunde oder ein Newtonmeter. Unter den idealsten Bedingungen, mit perfekt effizienten Maschinen überall, ist in einer 9-V-Batterie genügend Energie gespeichert, um Ihre angegebene Kraft von 600 N über eine Entfernung von:

$$ \ frac {18 \ cancel {k} aufzubringen. \ cancel {J}} {1} \ frac {\ cancel {N} m} {\ cancel {J}} \ frac {1} {600 \ cancel {N}} \ frac {1000} {\ cancel {k} } = 30m $$

Ihr vorgeschlagener Magnet, der möglicherweise \ $ 25A \ $ bei \ $ 9V \ $ benötigt, verbraucht Strom mit einer Rate von:

$$ 25A \ cdot 9V = 225W $$

Durch Anwenden Ihrer angegebenen \ $ 600N \ $ -Kraft und angesichts dieser Leistung können wir die Geschwindigkeit ermitteln, mit der Ihr Magnet, wenn er 100% effizient ist, Folgendes liefern könnte:

$$ \ frac {225 \ Abbrechen {W}} {1} \ frac {\ Abbrechen {J}} {\ Abbrechen {W} s} \ frac {\ Abbrechen {N} m} {\ Abbrechen {J} } \ frac {1} {600 \ cancel {N}} = 0,375 m / s $$

Sie sehen also, selbst wenn wir die gesamte gespeicherte Energie der 9-V-Batterie mit 100% Wirkungsgrad extrahieren können, es gibt nicht eine ganze Tonne davon. Wenn Sie wissen, dass sich Ihr idealer Magnet mit einer Geschwindigkeit von 0,375 m / s bewegt und die Batterie über genügend Energie verfügt, um sich 30 m zu bewegen, beträgt die Laufzeit:

$$ \ frac {30 \ cancel {m}} {1} \ frac {s} {0.375 \ cancel {m}} = 80s $$

Oder wir könnten es aus der Batterieenergie und der Magnetleistung berechnen:

$$ \ frac {18000 \ cancel {W} s} {1} \ frac {1} {225 \ cancel {W}} = 80s $$

Aber vielleicht ist es genug. Die Frage ist, wie man es effizient macht. Die elektrische Leistung in einem Widerstand ist gegeben durch:

$$ P = I ^ 2 R $$

Der Innenwiderstand einer 9-V-Batterie beträgt möglicherweise \ $ 1,5 \ Omega \ $, wenn frisch. Es geht hoch, wenn die Batterie leer ist. Ihr Magnet ist wahrscheinlich mindestens ein weiteres \ $ 1 \ Omega \ $. Bei \ $ 25A \ $ wären Ihre Widerstandsverluste allein:

$$ (25A) ^ 2 (1,5 \ Omega + 1 \ Omega) = 1562,5 W $$

Vergleichen Sie dies mit der Leistung des oben betrachteten idealen Magneten (\ $ 225W \ $), und Sie können sehen, dass dies ein absurd ineffizientes System ist. Nur mit der Hitze dieser Verluste umzugehen, wird eine Herausforderung sein. Natürlich können Sie dies nicht aus einer 9-V-Batterie herausholen, da die Spannung, die über ihren Innenwiderstand bei \ $ 25A \ $ verloren geht, wie folgt lautet:

$$ 25A \ cdot 1,5 \ Omega = 37,5 V. $$

... das ist mehr als die 9 V, die von der Batterie geliefert werden.

Neben der Batterie oder dem Magneten ist die Übertragung von \ $ 225W \ $ elektrischer Energie ein Problem selbst. Da Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist (\ $ P = IE \ $), können Sie einen hohen Strom oder eine hohe Spannung haben, um viel Leistung zu bewegen. Aber selbst Drähte haben einen Widerstand, und da die an diesen Widerstand verlorene Leistung proportional zum Quadrat des Stroms ist, ist es praktischer, große Mengen elektrischer Leistung bei hoher Spannung als bei hohem Strom zu bewegen. Aus diesem Grund überträgt das Elektrizitätsversorgungsunternehmen Strom über große Entfernungen mit sehr hoher Spannung.

Wenn Sie also \ $ 225W \ $ mit \ $ 9V \ $ bewegen möchten, müssen Sie den Widerstand sehr niedrig halten. um zu vermeiden, dass Widerstandsverluste sehr hoch sind. Dies bedeutet Fettdraht (einschließlich des Drahtes in Ihrem Magneten, der den größten Teil des Drahtes im Stromkreis ausmacht) und Batterien mit geringem Innenwiderstand. Sie können beim Design Ihres Solenoids auch Strom gegen Spannung oder Spannung gegen Strom tauschen, wie in der Antwort von Supercat beschrieben.

Da Sie nichts angegeben haben, würde ich davon ausgehen, dass Sie eine handelsübliche 9-V-Haushaltsbatterie meinen. Eine Standard-9-V-Batterie hat eine Kapazität von ca. 400-600 mAh. Grundsätzlich können diese Batterien eine Stunde lang etwa 500 Milliampere liefern, bevor sie "tot" sind. Sie könnten theoretisch den gesuchten Strom ziehen, aber selbst bei mehreren parallelen 9-V-Batterien (summiert die Kapazität) erhalten Sie von jedem Batteriesatz etwa 1-2 Minuten. Mit Standard-Verbraucherbatterien ist das ziemlich unrealistisch und ziemlich ineffizient. Ich kann mir vorstellen, dass Sie wahrscheinlich nicht jede Minute die Batterien wechseln möchten.

Wenn Größe und Gewicht keine großen Faktoren sind, würde ich eine große, hohe Kapazität in Betracht ziehen , schnell entladende Blei-Säure-Batterien. Sie sind in 12 V erhältlich, was genau dem entspricht, wonach Sie suchen, und können Hunderte Strom für unterschiedliche Zeiträume liefern (je nachdem, wie viel Sie ausgeben / welche Batterie Sie erhalten).

Das Design eines Solenoids ist ein Kompromiss zwischen der Verwendung von mehr Windungen und der Verwendung von mehr Strom. Ich bezweifle wirklich, dass jeder Magnet, der klein genug ist, um ihn realistisch mit einer 9-Volt-Batterie zu betreiben, ein optimales Verhalten bei einem Strom erzielen würde, der so hoch ist, wie Sie es vorschlagen. Der Wirkungsgrad wäre höchstwahrscheinlich besser, wenn mehr Windungen verwendet würden.

Allerdings würde der maximale Magnetstrom, der von einer 9-Volt-Batterie erhalten werden kann, durch Parallelschalten eines Kondensators mit der Batterie und erhalten Verwenden Sie dann ein paar effiziente Schalter, um den Magneten abwechselnd mit der Batterie zu verbinden und ihn kurzzuschließen (man muss vermeiden, dass beide Schalter jemals geschlossen werden, und sollte die Zeit minimieren, in der beide geöffnet sind; verwenden Sie eine Flyback-Diode, um Energie während des Vorgangs sicher abzuleiten "beide offen" Zeit). Um den Magnetstrom ohne Rücksicht auf die Batterielebensdauer absolut zu maximieren, stellen Sie das Verhältnis von Batteriezeit zu "Kurzschlusszeit" so ein, dass die Batterie auf etwa 4,5 Volt entladen wird. Dadurch wird die Batterie maximal mit Strom versorgt, obwohl die Batterie etwa die Hälfte ihrer Energie selbst verschwendet. Wenn Sie das Verhältnis etwas niedriger einstellen, um die Batterie nur auf 6 Volt zu senken, wird der Spulenstrom geringfügig (um etwa 12%) reduziert, die Batterielebensdauer jedoch um 50% verbessert, da nur ein Drittel der Batterieenergie verschwendet wird selbsterhitzend.

Die Verwendung einer 9-V-Batterie bedeutet die Verwendung einer einzelnen 9-V-Batterie.

Wenn dies keine echte Einschränkung ist, unter der Sie arbeiten, empfehle ich, mehrere seriell anzuschließen, um eine höhere Spannung zu erzielen. Wenn Sie nur eine einzige 9-V-Batterie verwenden können, empfehle ich, einen Kondensator mit hoher Kapazität zu erwerben, ihn über eine Strombegrenzungsschaltung aufzuladen und ihn dann für die Stromversorgung Ihres Magneten umzuschalten. Dies ergibt keinen dauerhaften Ausgang, aber je nach Schaltung und Magnet sollte es 600 N geben

Verwenden Sie zwei IMR-Lithiumbatterien mit hohem Stromverbrauch in Reihe. Die Größen 18650 bis 26650 oder mehr können Ströme von bis zu 60 Ampere liefern. Wenn die Spannung zu niedrig ist (8,4), können Sie LiFePo-Batterien für 9,6 Volt (3 mal 3,2 Volt) verwenden.