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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

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

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

Uz pomoć nekih jednostavnih kola, magneta, Hall -ovog senzora i nekoliko drugih komponenti moći ćete levitirati predmete u zraku!

Hajde da počnemo!

Korak 1: Šta 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.

Lista dijelova je sljedeća:

Ploča kola PREUZMITE SHEMATIKU OVDJE

NARUČITE KOMPLET DELOVA OVDE

(1) Mala ploča (1) LM7805 Regulator napona (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 A Hall -ov senzor (1) 470uF kondenzator (elektrolitički) (1) 1uF kondenzator (keramički) (1) 0,1 uF kondenzator (keramički) (1) 0.01uF kondenzator (keramički) (1) 2 utorni utor (+/-) (2) 2 žičana konektora

(1) Napajanje 12v/1a

(1) LCD prikaz napona (opcionalno) (1) zelena LED dioda (opcionalno) (1) 10K otpornik

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

Žice u različitim bojama (18-24g) (2-3) Magneti od neodimijumskih diskova (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 osnovne komponente

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

Intensity1 / Intensity2 = Distance1 / Distance2

Dakle, nema mjesta u svemiru gdje bi magnet ili elektromagnet prirodno objesio objekt bez kontakta. Jednom na njivi nema povratka! … Osim ako …

Magnetno polje koje se širi može se prikazati u 2D dijagramima ili na magnetskom filmu za gledanje kao linije sile koje izviru iz polova. Čak je i na osciloskopu nemoguće reći mnogo o kretanju i smjeru polja samo snimkama u dvije dimenzije (poput ove zloglasne iluzije). Kada se promatra u 3D -u, ovo polje se može vidjeti i osjetiti kao toroidno, a s obzirom na vrijeme počinjemo uviđati da se pojavljuje spiralno polje koje se širi. Isto je i u slučaju elektromagneta, a kada 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 proračune na osnovu gornje formule, otkrili smo da je to moguće samo izmjenom ovih polja precizno i brzo (50 000 puta u sekundi ili više!) Problem? Ne sve. S nekoliko komponenti možemo stvoriti elektromagnetsko polje koje se širi i urušava 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. Sada kada su sve naše komponente spremne, počnimo!

Korak 3: Izgradite kućište

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

Prvo ćemo složiti i učvrstiti naš pleksiglas te izmjeriti i izbušiti četiri rupe blizu uglova pazeći da ostavimo prostor s rubova i izbušimo postupno veće komade kako bismo izbjegli 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. Ovo može varirati ovisno o vašem priključku, 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 kola 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 opcionalna, mogu se spojiti izravno na ulaz 12v u krugovima s linijskim 10k otpornikom na vrućoj žici (+). Zabavno je znati da je jedan od IC kola 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 sa našeg LMD18201 IC -a na naš solenoidni kalem. Umetnite čelični vijak u središte zavojnice i 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 opcionalne LED i LCD mogu se postaviti gdje god vam to odgovara. Dodavanjem nekih skupljajućih omotača i omotača od žice u ovom trenutku sve postaje uredno i izbjegavaju se kratki spojevi i uvučene žice. Na kraju, kako bismo dodatno osigurali i pokrili sve, dodat ćemo našu završnu ploču od pleksiglasa. Prvo dodajte maticu i podlošku na svaku šipku, zatim posljednju ploču od pleksiglasa i namjestite je tako da gornja ploča dodiruje vaš solenoid, čvrsto je 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 kompletan! Vrijeme je za podešavanje 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 pravi pol magneta koji će biti okrenut prema našoj zavojnici. Da biste to učinili, priključite 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 pod naponom.

Sada kada znamo koji pol magneta koristimo, sada ćemo odrediti težinu koju može izdržati. 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 pronađete optimalnu težinu pričvršćivanjem nasumičnih objekata na magnet, međutim predlažem pristup koji vodi do kvantificiranijih rezultata. Koristeći male matice i vijke, postupno ih dodavajte svom magnetu i testirajte. Kad 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, povežite osciloskop da vidite polja na djelu! Zahvaljujući očitanjima iz mog DSO nano -a možemo vidjeti kada se mijenjaju polja i zašto.

Korak 6: Pripremite se za nadahnuće i zadivljenje

Čestitamo! Učinili ste nemoguće mogućim!

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

Odabrao sam veliku žlicu za učinak.

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

Ovaj uređaj će vas oduševiti; oči će izbočiti, vilice će pasti i glave će eksplodirati! Je li to magija? Je li to nauka? Pa, jedina razlika između mađioničara i naučnika je to što vam naučnik 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 kul? Javite mi klikom na glas na vrhu stranice!

Druga nagrada na takmičenju senzora 2016

Druga nagrada na takmičenju Make It Fly 2016