Alguma energia do alternador está "livre"?

Carros geralmente (e especificamente um Honda Accord 2002) não são muito eficientes em termos energéticos .

Dadas todas as ineficiências, é "gratuito" conectar, por exemplo, um smartphone a um carro para carregar enquanto estou dirigindo?

Por "grátis", quero dizer, se eu não conectar nada, a energia que teria entrado no meu telefone seria desperdiçada de qualquer maneira - convertida em calor, ruído ou exaustão?

Se não é gratuito, de onde vem especificamente a energia? O alternador coloca uma carga física mais alta no motor?

(Ao responder, lembre-se de que certamente estou ciente de que não há "energia livre". Minha definição de "livre" reflete a idéia de frenagem regenerativa, por exemplo. Claro, esse poder veio do seu combustível, mas de qualquer maneira, ele teria vindo do seu combustível - você está capturando o que seria expelido como calor em suas pastilhas de freio.)

Dadas todas as ineficiências, é "gratuito" conectar, por exemplo, um smartphone a um carro para carregar enquanto estou dirigindo?

Resposta curta: não (mas é tão difícil medir o impacto que é difícil dizer).

Lembre-se, o alternador precisa alimentar tudo o que estiver conectado ao sistema elétrico. Carregar a bateria é uma grande carga no início, mas cai quando a bateria atinge uma carga completa. Seu aparelho de som maravilhosamente robusto também consome muita energia. As luzes são outra carga surpreendentemente grande: lembra de todas aquelas lâmpadas incandescentes terrivelmente ineficientes que todo mundo está substituindo em suas casas? Nas circunstâncias certas, posso observar meu motor ocioso diminuindo um pouco usando apenas as luzes (se eu passar do escuro para o farol alto).

Pior ainda, o alternador não é particularmente eficiente. Vejamos o artigo da Wikipedia para um resumo do porquê:

A eficiência dos alternadores automotivos é limitada pela perda de resfriamento do ventilador, perda de rolamento, perda de ferro, perda de cobre e queda de tensão nas pontes de diodo. Em carga parcial, a eficiência fica entre 50 e 62%, dependendo do tamanho do alternador e varia com a velocidade do alternador. [6] É semelhante a alternadores de ímã permanente de alto desempenho muito pequenos, como os usados ​​para sistemas de iluminação de bicicletas, que atingem uma eficiência em torno de 60%.

Portanto, mesmo antes de conectar o telefone, o alternador já está lidando com uma variedade de cargas muito maiores, incluindo suas próprias ineficiências internas. Portanto, se você conectar um carregador de 2,1 amperes a um alternador classificado entre 50 e 70 amperes, sim, você está consumindo mais corrente. Você também está colocando mais carga indutiva no alternador, o que, portanto, coloca mais carga em todo o sistema mecânico.

Você será capaz de dizer? Não sem um procedimento experimental cuidadoso.

Se não é gratuito, de onde vem especificamente a energia? O alternador coloca uma carga física mais alta no motor?

Sim (mas não tão alta quanto a carga do carro). Novamente, usando um artigo da wikipedia como ponto de partida:

Os alternadores geram eletricidade usando o mesmo princípio que os geradores de corrente contínua, ou seja, quando o campo magnético ao redor de um condutor muda, uma corrente é induzida no condutor. Normalmente, um ímã rotativo, chamado rotor, gira dentro de um conjunto estacionário de condutores enrolados em bobinas em um núcleo de ferro, chamado estator. O campo atravessa os condutores, gerando uma EMF (força eletromotriz) induzida, pois a entrada mecânica faz com que o rotor gire.

Portanto, em um nível incrivelmente simplificado, você pode pensar em um alternador como algo semelhante a uma bomba de água, exceto que, em vez de criar uma corrente de água, está criando uma corrente elétrica.

Essa corrente alterna a direção muito rapidamente, o que você nunca faria com uma bomba de água, pois causaria cavitação. A analogia se decompõe bem rápido, mas vamos passar por essa parte ....

Qualquer coisa elétrica conectada ao sistema precisa dessa corrente para fluir. Se você adicionar mais carga ao sistema elétrico, isso acabará se traduzindo em mais trabalho mecânico para o alternador criar a corrente original. À medida que o motor gira o alternador, tudo isso resulta no mecanismo fazendo mais trabalho.

O alternador está lá para carregar sua bateria. É a bateria que fornece energia aos componentes elétricos dentro da cabine. Um regulador de tensão determina se sua bateria está totalmente carregada ou não e permitirá que o alternador carregue-a, se não estiver. Portanto, se você não usar a energia, o regulador descartará a energia proveniente do alternador. Provavelmente como energia térmica.

O alternador é acionado por uma correia que escorre do motor, portanto, existe um arrasto parasita que reduz um pouco a eficiência do motor. É por isso que muitos carros de corrida possuem um sistema de ignição acionado por manivela que elimina a necessidade de um alternador. Eles ainda podem carregar uma bateria para alimentar as luzes e / ou o sistema de gerenciamento. Essas baterias precisam ser carregadas antes de cada corrida.

Não, não é grátis. É que, comparado a tudo o que acontece no carro, o poder de carregar o telefone é insignificante. Você pode fazer uma pergunta semelhante: "de onde vem a energia para acionar os alto-falantes quando eu aumento o volume do som do carro?". Nos dois casos, a resposta é: todas as outras coisas são iguais, a energia extra vem do alternador, que coloca uma carga extra no motor, que queima um pouco mais de combustível (mantendo as mesmas RPM) ou diminui um pouco ( perdendo assim menos energia ociosa em todas as coisas que um motor perde energia quando inativo).

Isso às vezes é observável. Quando um carro está em marcha lenta, como em um semáforo (transmissão automática na transmissão, freios acionados para segurá-lo) ou possivelmente em estacionamento (ou neutro, se for uma transmissão manual). Ative o pisca-pisca e ouça atentamente a afinação do motor. Você pode notar que ele sobe e desce um pouco, de acordo com o pisca-pisca. Isso ocorre porque a energia extra para iluminar todas as lâmpadas do pisca-pisca está impondo uma carga adicional ao alternador, o que, por sua vez, impõe uma carga adicional ao motor. Essa demonstração pode não funcionar se os indicadores de mudança de direção usarem LEDs em vez de lâmpadas incandescentes (eles usam menos energia, portanto o efeito pode ser pequeno demais para ser observado).

Conclusão: "não há almoço grátis". O poder de carregar seu telefone celular tem que vir de algum lugar - em última análise, um pouco mais de combustível teria sido queimado que, de outra forma, seria aplicado a outra coisa.

Depende do veículo e como ocorre a regulamentação.

A) É "livre" se o regulador consumir 100% da capacidade em 100% do tempo e desviar o excesso para o solo. Você está consumindo energia derramada.

Isso é muito comum em motocicletas mais antigas e pode reduzir a vida útil dos enrolamentos do estator. Pelo lado positivo, é livre operar o farol.

B) Não é livre, caso contrário, haverá maior resistência sob carga. O ventilador do aquecedor é uma boa carga para colocar no alternador para testar isso, mas não a CA, pois o acelerador pode ser pressionado enquanto a embreagem do compressor está engatada.

Alguns alternadores / geradores especializados têm caixas de engrenagens e alguns sistemas muito modernos possuem sistemas buck / boost / ou Split-Pi que são muito mais eficientes do que a regulamentação tradicional e podem ajudar a reduzir perdas.