DIY elektromagnetisk levitation !: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Detta är ett projekt som kommer att förvåna och inspirera! Vad är nyttan med all vetenskaplig kunskap om vi inte kan göra något coolt med det, eller hur?

Med detta projekt kommer vi att använda ett par komponenter som är lätta att göra eller hitta för att bygga en käftfallande, sinnesböjande elektromagnetisk levitator eller EMLEV som jag kallar det.

Med hjälp av några enkla kretsar, en magnet, en Hall Effect -sensor och några andra komponenter kommer du att kunna sväva föremål i luften!

Låt oss börja!

Steg 1: Vad du behöver

För detta projekt behöver vi en styrkrets, en strömkälla, en EM -spole och en magnet tillsammans med hårdvaran och verktygen för att sätta ihop allt.

Listan över delar är följande:

Kretskort Ladda ner schemat här

FÅ DELARSATSEN HÄR

(1) Små kretskort (1) LM7805 Spänningsregulator (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) SS495 A Hall Effect Sensor (1) 470uF Kondensator (elektrolytisk) (1) 1uF Kondensator (keramik) (1) 0,1 uF-kondensator (keramik) (1) 0.01uF-kondensator (keramik) (1) 2 ingångar för ingång (+/-) (2) 2 trådkontakter

(1) 12v/1a nätaggregat

(1) LCD -spänningsdisplay (tillval) (1) Grön LED (tillval) (1) 10K motstånd

Magnetventil (20g 150-300 varv) (1) Stålbult

Olika färgade trådar (18-24 g) (2-3) Neodymiumskivmagneter (3) 8 "x10" plexiglasark (4) 12 "x 5/15" gängstång (24) 5/16 "muttrar (24) 5/ 16 "brickor (8) 5/16" gummikåpor (tillval)

Verktygen som visas inkluderar lödkolv och löd, borr och bitar upp till 5/16 och du vill också ha lite tejp eller krympfolie, lim och 5/16 -skiftnyckel till hands.

Alla delar finns HÄR:

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

Steg 2: Teori och kärnkomponenter

Varför kan vi inte bara sväva metallföremål med en magnet på rätt avstånd? Eftersom ett järnmaterial närmar sig ett magnetfält ökar kraften exponentiellt. Detta beskrivs av det som kallas magnetisk invers kvadratisk lag som säger:

Intensity1 / Intensity2 = Distance1 / Distance2

Så det finns ingen punkt i rymden där en magnet eller elektromagnet naturligt kommer att hänga upp ett föremål utan att komma i kontakt. Väl inne på fältet finns det ingen återvändo!… Om inte …

Ett förökande magnetfält kan visas i 2D -diagram eller på magnetisk visningsfilm som kraftlinjer som utgår från polerna. Även på ett oscilloskop är det omöjligt att berätta mycket om fältets rörelse och riktning med endast ögonblicksbilder i två dimensioner (som denna ökända illusion). När det observeras i 3D kan detta fält ses och kännas vara toroidalt och med tiden börjar vi se att ett förökande spiralformat fält dyker upp. Detta är samma sak för en elektromagnet, och när fältet kollapsar gör det det i motsatt riktning. Detta beskrivs av vad som vanligtvis kallas Flemings höger- och vänsterhandregler.

Så i teorin skulle det vara möjligt att skapa alternerande virvlar/spiraler för att justera ett objekt till en önskad position. Efter att ha gjort några beräkningar baserade på formeln ovan finner vi att det bara är möjligt genom att alternera dessa fält exakt och snabbt (50 000 gånger per sekund eller mer!) Problem? Inte alls. Med några få komponenter kan vi skapa ett förökande och kollapsande elektromagnetiskt fält som styrs av en sensor som detekterar fältstyrkan och en krets som tillämpar lämpligt fält på en elektromagnet. Komponenter kan alla hittas individuellt här eller som ett kit här för att göra detta projekt snabbt och enkelt. Nu när vi har alla våra komponenter redo, låt oss komma igång!

Steg 3: Bygg höljet

Att bygga vårt hölje är ganska rakt fram med de rekommenderade materialen men använd gärna vad du än har. Detta super enkla hölje inspirerades av denna fantastiska robot för att visa upp alla interna komponenter. När det är klart ska höljet vara 8 "Bx10" Dx12 "H.

Först ska vi stapla och säkra vårt plexiglas och mäta och borra fyra hål nära hörnen och se till att lämna utrymme från kanterna och borra med stegvis större bitar för att undvika sprickor. När det är klart kommer vi att ha fyra 5/16 -tums hål i hörnen på alla tre plexiglasarken. *Var noga med att notera orienteringen för en symmetrisk passform. Därefter kommer vi att borra ett hål eller hål för vår ingång på ett av arken. Detta kan variera beroende på din jack men bör vara nära baksidan av höljet. Vi kommer nu att börja bygga höljet. Börja med att sätta in de fyra 5/16 gängade stavarna i hålen på ett av dina ark. Säkra arket cirka 1,5-2 tum från botten av stavarna med en bricka och mutter på vardera sidan av plexiglaset och lägg till en gummifot på botten av varje stav. Se till att allt är plant innan du fortsätter.

Därefter lägger vi till en mutter och bricka cirka 3-4 tum från toppen av våra stavar och placerar arket med hålet för domkraften ovanpå.

Det sista steget till vårt hölje kommer att vara att säkra det sista arket av plexiglas till toppen när vi lägger till komponenterna i nästa steg.

Steg 4: Montera och säkra komponenter

Nu när vi har en plattform kan vi bygga och installera våra komponenter.

Detta relativt enkla krets- och magnetventilpar kan byggas enligt bifogat diagram eller så kan du få ett förbyggt här. Observera att SS495 monteras på botten av spolen. Genom att lägga till en lysdiod kan du verifiera ström och en digital voltmeter låter dig detektera en belastning för inställningsändamål, båda valfria, de kan kopplas direkt till kretsarnas 12v-ingång med ett in-line 10k-motstånd på varmledningen (+). Det är kul att veta att en av kretsens IC: er är konstruerad för en motorstyrenhet och den andra är avsedd för en fläkt, men sätt ihop dem med några andra komponenter så kan vi använda den för att sväva föremål i luften!

Vi kan sedan ansluta uttaget till kretsens ingång och notera kretsschemat och komma ihåg att jackets hölje är marken (-).

Därefter ansluter vi utgångarna 1 och 2 från vår LMD18201 IC till vår magnetspole. Sätt in en stålbult i spolens mitt och på bultens huvud monterar du SS495 A Hall Effect Sensor som vi ansluter våra ledningar till enligt diagrammet. Förbyggda komponenter inkluderar kontakter som bara kan fästas ihop.

Det kan vara till hjälp vid denna tidpunkt att säkra allt tillfälligt, försiktigt ansluta ström och testa solenoidens fält med din magnet.

När du är nöjd kan du säkra dina komponenter till plattformen. Kretsen ska vara upprätt för att tillåta luftflöde och nära uttaget ska solenoiden ha sidan med sensorn nedåt och den valfria LED och LCD kan placeras var som helst. Genom att lägga till lite krympfilm och trådöverdrag vid denna tidpunkt blir allt snyggt och hjälper till att undvika kortslutning och dragna trådar. Slutligen, för att ytterligare säkra och täcka allt, kommer vi att lägga till vårt sista plexiglasark. Lägg först till en mutter och bricka till varje stav, sedan det sista plexiglasarket och justera ner det så att det övre arket kommer i kontakt med solenoiden och håller det ordentligt på plats. När du är på plats och i nivå, lägg till ytterligare fyra brickor och muttrar och lock med dina gummiändlock.

Steg 5: Din EMLEV är klar! Dags att ställa in och testa

Vi är nästan klara; men vi måste göra några beräkningar och lite tuning innan vi kan börja träffa vänner och kollegor.

När vi monterade vår solenoid tog vår orientering inte hänsyn till polariteten. Därför måste vi välja rätt pol på vår magnet för att möta vår spole. För att göra detta, anslut ström och börja föra magneten in i solenoidens fält. Ena sidan av magneten kommer att attrahera kontinuerligt, den andra kommer att ha en tendens att låsa på plats flera centimeter från vår spole, notera denna sida av magneten. Var försiktig så att du inte kommer för nära; båda polerna kommer att attrahera våldsamt om de bringas för nära spänningen.

Nu när vi vet vilken pol av vår magnet vi använder, kommer vi nu att bestämma vikten som den kan hålla. För liten vikt och belastningen kommer att locka utan att sväva, för mycket vikt och magnetfältet kommer inte att kunna övervinna tyngdkraften och ditt objekt kommer att falla. Du kan använda slumpmässig prövning och fel för att hitta den optimala vikten genom att fästa slumpmässiga objekt på din magnet, men jag föreslår ett tillvägagångssätt som leder till mer kvantifierade resultat. Med små muttrar och bultar, lägg dem stegvis till din magnet och testa. När du har hittat en balanspunkt (du kommer att känna ett litet klick när den låses på plats), notera vikten av lasten med en liten skala. Lägg sedan till eller ta bort små mängder vikt för att hitta ditt sortiment och optimera för stabilitet. Du kan sedan använda detta som en referens och börja sväva allt inom detta viktintervall som vanligtvis är mellan 45-55 gram exklusive magneten.

När det fungerar korrekt, anslut ett oscilloskop för att se fälten i aktion! Tack vare avläsningarna från min DSO nano kan vi se exakt när det förändrade fältet inträffar och varför.

Steg 6: Förbered dig på att inspirera och förvåna

Grattis! Du har gjort det omöjliga möjligt!

Din EMLEV ska nu vara komplett, fungerande och kommer att sväva alla föremål i det bestämda viktintervallet. Nu kan vi välja ett objekt att sväva. Prova att montera magneten på en sten eller fäst spikar eller muttrar, fäst ett minnesmärke, möjligheterna är oändliga, dessa killar svävade till och med en levande groda!

Jag valde en stor matsked för effekt.

"Flytta inte skeden; det är omöjligt. Försök istället bara att inse sanningen. Det finns ingen sked."- st. The Matrix (1999)

Denna enhet kommer att blåsa sinnen; ögonen kommer att svälla, käftarna kommer att falla och huvudet exploderar! Är det magi? Är det vetenskap? Tja, den enda skillnaden mellan en magiker och en vetenskapsman är att en vetenskapsman berättar hur det är gjort. Tack för att du kollade in min Instructable och jag kan inte vänta med att se vad du svävar, lämna bilder i kommentarerna. Tycker du att denna instruerbara är cool? Låt mig veta genom att klicka på röst högst upp på sidan!

Andra pris i Sensors Contest 2016

Andra priset i Make It Fly Contest 2016