Napravi sam elektromagnetnu levitaciju!: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Ovo je projekt koji će zadiviti i inspirirati! Kakva je korist od tog znanstvenog znanja ako s njim ne možemo učiniti nešto kul, zar ne?

S ovim projektom koristit ćemo nekoliko komponenti koje je lako napraviti ili pronaći za stvaranje čeljusti koja odbacuje, elektromagnetski levitator ili EMLEV kako ga ja zovem.

Uz pomoć nekih jednostavnih sklopova, magneta, Hall Effect senzora i nekoliko drugih komponenti moći ćete levitirati predmete u zraku!

Započnimo!

Korak 1: Što će vam trebati

Za ovaj projekt trebat će nam krug kontrolera, izvor napajanja, EM zavojnica i magnet zajedno s hardverom i alatima da sve to spojimo.

Popis dijelova je sljedeći:

Matična ploča OVDJE PREUZMITE SHEMATIKU

OVDJE NARUČITE KOMPLET DELOVA

(1) Mala kružna ploča (1) LM7805 Regulator napona (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 A Hall -ov osjetnik (1) 470uF kondenzator (elektrolitički) (1) 1uF kondenzator (keramički) (1) 0,1 uF kondenzator (keramički) (1) 0,01uF kondenzator (keramički) (1) 2 utorna ulazna utičnica (+/-) (2) 2 žičana priključka

(1) Napajanje 12v/1a

(1) LCD prikaz napona (opcija) (1) Zelena LED dioda (opcija) (1) 10K otpornik

Elektromagnet (20g 150-300 okreta) (1) Čelični vijak

Žica u različitim bojama (18-24g) (2-3) Magneti od neodimijskog diska (3) Limovi od pleksiglasa 8 "x10" (4) Navojna šipka 12 "x 5/15" (24) Matice 5/16 "(24) 5/ 16 "Podloške (8) 5/16" Gumene kape (opcionalno)

Prikazani alati uključuju lemilicu i lemljenje, bušilicu i nastavke do 5/16 , a pri ruci ćete htjeti imati i neku električnu traku ili skupljajuću foliju, ljepilo i 5/16 ključ.

Svi dijelovi dostupni su OVDJE:

www.drewpauldesigns.com/diy-electromagnetic-levitation-kit.html

Korak 2: Teorija i jezgrene komponente

Zašto ne možemo samo levitirati metalne predmete magnetom na pravoj udaljenosti? Budući da se željezni materijal približava magnetskom polju, sila raste eksponencijalno. To je opisano takozvanim magnetskim obrnutim kvadratom koji kaže:

Intenzitet1 / Intenzitet2 = Udaljenost1 / Udaljenost2

Dakle, nema točke u svemiru u kojoj bi magnet ili elektromagnet prirodno objesio objekt bez kontakta. Jednom na terenu nema povratka! … Osim ako …

Magnetsko polje koje se širi može se prikazati u 2D dijagramima ili na magnetskom filmu za gledanje kao linije sile koje izviru iz polova. Čak ni na osciloskopu nemoguće je puno reći o kretanju i smjeru polja samo snimkama u dvije dimenzije (poput ove zloglasne iluzije). Kada se promatra u 3D, ovo polje se može vidjeti i osjetiti kao toroidno, a s obzirom na vrijeme počinjemo uviđati da se pojavljuje zavojno polje koje se širi. Isto je i u slučaju elektromagneta, a kad se polje sruši to čini u suprotnom smjeru. To je opisano onim što se obično naziva Flamanskim pravilima desne i lijeve ruke.

Dakle, u teoriji bi bilo moguće stvoriti naizmjenične vrtloge/spirale kako bi se objekt prilagodio željenom položaju. Nakon što smo izvršili neke izračune na temelju gornje formule, otkrili smo da je to moguće samo izmjenom ovih polja precizno i brzo (50 000 puta u sekundi ili više!) Problem? Nikako. S nekoliko komponenti možemo stvoriti širenje i kolaps elektromagnetskog polja koje kontrolira senzor koji detektira jakost polja i krug koji primjenjuje odgovarajuće polje na elektromagnet. Ovdje se sve komponente mogu pronaći pojedinačno ili kao komplet kako bi ovaj projekt bio brz i jednostavan. Sad kad imamo sve naše komponente spremne, krenimo!

Korak 3: Izgradite kućište

Izgradnja našeg kućišta prilično je jednostavna s preporučenim materijalima, ali slobodno upotrijebite sve što imate okolo. Ovo super jednostavno kućište inspirirano je ovim strašnim robotom da pokaže sve unutarnje komponente. Kad je dovršeno, kućište bi trebalo biti 8 "Wx10" Dx12 "H.

Prvo ćemo složiti i učvrstiti naš pleksiglas te izmjeriti i izbušiti četiri rupe u blizini uglova pazeći da ostave prostor s rubova i bušiti postupno većim komadima kako bi se izbjeglo pucanje. Kad završimo, imat ćemo četiri rupe od 5/16 inča u uglovima sve tri ploče od pleksiglasa. *Obavezno zabilježite orijentaciju radi simetričnog uklapanja. Zatim ćemo na jednom od listova izbušiti rupu ili rupe za ulaznu utičnicu. To može varirati ovisno o vašoj utičnici, ali bi trebalo biti blizu stražnje strane kućišta. Sada ćemo početi s izgradnjom kućišta. Počnite tako što ćete umetnuti četiri šipke s navojem od 5/16 u rupe na jednom od listova. Učvrstite list oko 1,5-2 inča od dna šipki s jednom podloškom i maticom sa svake strane pleksiglasa i dodajte gumenu nožicu na dnu svake šipke. Prije nastavka provjerite je li sve ravno.

Zatim ćemo dodati maticu i podlošku oko 3-4 inča od vrha naših šipki i staviti list s rupom za dizalicu na vrh.

Posljednji korak do našeg kućišta bit će pričvršćivanje posljednjeg lista pleksiglasa na vrh nakon što komponente dodamo u sljedećem koraku.

Korak 4: Montirajte i osigurajte komponente

Sada kada imamo platformu, možemo izgraditi i instalirati naše komponente.

Ovaj relativno jednostavan par krugova i solenoida može se izgraditi prema priloženom dijagramu ili ovdje možete nabaviti unaprijed izgrađen. Imajte na umu da se SS495 montira na dno zavojnice. Dodavanje LED-a omogućuje vam provjeru napajanja, a digitalni voltmetar omogućuje otkrivanje opterećenja za potrebe ugađanja, oba su izborna, mogu se spojiti izravno na 12-strujni krug ulaza s linijskim otpornikom od 10 k na vrućem vodu (+). Zabavno je znati da je jedan od IC sklopova dizajniran za motorni kontroler, a drugi za ventilator, ali spojite ih s nekoliko drugih komponenti i možemo ga koristiti za levitaciju objekata u zraku!

Zatim možemo priključiti utičnicu na ulaz kruga primjećujući dijagram kruga i zapamtiti da je kućište utičnice uzemljenje (-).

Zatim ćemo spojiti izlaze 1 i 2 s našeg LMD18201 IC -a na našu zavojnicu solenoida. Umetnite čelični vijak u središte zavojnice, a na glavu vijka montirajte SS495 A Hall -ov senzor na koji ćemo spojiti naše vodiče prema dijagramu. Unaprijed izgrađene komponente uključivat će konektore koji se mogu jednostavno spojiti.

U ovom trenutku može biti korisno privremeno osigurati sve, pažljivo spojiti napajanje i ispitati magnetno polje magneta.

Nakon što ste zadovoljni, možete osigurati svoje komponente na platformi. Krug bi trebao biti uspravan kako bi omogućio protok zraka i blizu utičnice, solenoid bi trebao imati stranu sa senzorom okrenutim prema dolje, a dodatni LED i LCD mogu se postaviti gdje god je to prikladno. Dodavanjem skupljajućih omotača i omotača od žice u ovom trenutku sve postaje uredno i izbjegavaju se kratki spojevi i uvučene žice. Naposljetku, za dodatno osiguranje i pokrivanje svega dodat ćemo naš završni list od pleksiglasa. Prvo dodajte maticu i podlošku na svaku šipku, zatim posljednji list od pleksiglasa i namjestite ga tako da gornji lim dodiruje vaš solenoid, čvrsto ga držeći na mjestu. Nakon što postavite i poravnate, dodajte još četiri podloške i matice te čep s gumenim završnim kapicama.

Korak 5: Vaš EMLEV je dovršen! Vrijeme je za ugađanje i testiranje

Skoro smo gotovi; ali morat ćemo napraviti nekoliko proračuna i malo prilagodbe prije nego što počnemo oduševljavati prijatelje i kolege.

Prilikom postavljanja našeg solenoida, naša orijentacija nije uzimala u obzir polaritet. Stoga ćemo morati odabrati ispravan pol našeg magneta prema našoj zavojnici. Da biste to učinili, povežite napajanje i počnite unositi magnet u polje solenoida. Jedna strana magneta će se neprestano privlačiti, druga će imati tendenciju da se blokira nekoliko centimetara od naše zavojnice, zabilježite ovu stranu magneta. Pazite da se ne približite previše; oba pola će se snažno privući ako se previše približe zavojnici s naponom.

Sada kada znamo koji pol magneta koristimo, sada ćemo odrediti težinu koju može držati. Premala težina i teret će se privući bez levitacije, prevelika težina i magnetsko polje neće moći nadvladati gravitaciju i vaš će objekt pasti. Možete koristiti slučajni pokušaj i pogrešku da biste pronašli optimalnu težinu pričvršćivanjem nasumičnih objekata na magnet, međutim predlažem pristup koji vodi do kvantificiranih rezultata. Koristeći male matice i vijke, postupno ih dodajte magnetu i testirajte. Kada pronađete točku ravnoteže (osjetit ćete lagani klik dok se zakoči), zabilježite težinu tereta pomoću male vage. Zatim dodajte ili uklonite male količine težine kako biste pronašli svoj raspon i optimizirali za stabilnost. Zatim to možete koristiti kao referencu i početi levitirati bilo što unutar ovog raspona težine koji je obično između 45-55 grama, ne uključujući magnet.

Kad ispravno funkcionirate, spojite osciloskop da vidite polja na djelu! Zahvaljujući očitanjima iz mog DSO nano -a možemo točno vidjeti kada dolazi do promjene polja i zašto.

Korak 6: Pripremite se za nadahnuće i zadivljenje

Čestitamo! Omogućili ste nemoguće!

Vaš EMLEV sada bi trebao biti potpun, funkcionalan i levitirat će svaku stavku u određenom rasponu težine. Sada možemo izabrati objekt koji će levitirati. Pokušajte pričvrstiti magnet na kamen ili pričvrstiti čavle ili matice, pričvrstite uspomenu, mogućnosti su beskrajne, ti su momci čak levitirali živu žabu!

Za učinak sam odabrao veliku žlicu.

"Ne podižite žlicu; to je nemoguće. Umjesto toga, samo pokušajte spoznati istinu. Nema žlice."- para. Matrica (1999)

Ovaj uređaj će vas oduševiti; oči će se ispupčiti, čeljusti će pasti i glave će eksplodirati! Je li to magija? Je li to znanost? Pa, jedina razlika između čarobnjaka i znanstvenika je što vam znanstvenik govori kako se to radi. Hvala vam što ste pregledali moj Instructable i jedva čekam vidjeti što levitirate, ostavite slike u komentarima. Mislite da je ovaj Instructable cool? Javite mi klikom na glasovanje na vrhu stranice!

Druga nagrada na natjecanju senzora 2016

Druga nagrada na natječaju Make It Fly 2016