Магнитная левитация своими руками по простой схеме. Создаем эффект левитации с помощью ардуино Магнитная левитация своими руками
Левитрон — это игрушка, демонстрирующая левитацию крутящегося волчка, в котором расположен неодимовый магнит над ферритовым магнитом большего деаметра. Выглядит это удивительно!Материалы для изготовления Левитрона
Итак, нам понадобится для изготовления игрушки три магнита в форме колец, обладающие достаточной мощностью. Вполне подойдут для нашей цели магниты из низкочастотных динамиков, срок службы которых давно истек.Для того чтобы сделать волчок, будет нужен неодимный магнит. Взять его можно из динамика, на котором имеется надпись«Neodium transducer». Применяются подобные динамики в сотовых. Самый сильный постоянный магнит сегодня – это неодимный, созданный из сплава, в который входят неодим, бор и железо. Высокая температура негативно повлияет на него, поэтому этот магнит следует беречь от нагревания. Итак, магнит из сотового телефона может оказаться двух видов – в виде круглой пластинки или же в виде кольца. Кольцевой магнит одевается на сам волчок строго по центру, а магнит в форме таблетки приклеивается на ось волчка снизу. Материалом для самого волчка должен служить легкий материал, такой как композит или пластмасса.
Настройка левитрона
К настройке следует подойти с особой скрупулезностью, ведь эта часть работы имеет решающее значение и является наиболее трудоемкой. Кольцевые магниты должны быть соединены между собой разнополярными сторонами. Сверху на них следует установить пластину (не из металла) толщиной до 1 см. Волчок аккуратно будет установлен в основание левитрона – центр магнита. Если Вы заметили, что волчок отклоняется в сторону, значит, магнит нужно заменить на другой, с большим диаметром.Чтобы запустить волчок, понадобятся еще несколько элементов, с помощью которых можно будет регулировать толщину платформы, чтобы достичь нормального вращения волчка. Нам понадобится пластика из оргстекла с бумажными листами. Если волчок крутится нормально, начинаем плавно приподнимать платформу, пока он не взлетит вверх.
Если наш волчок подлетает с излишней стремительностью, следует увеличить его вес. Если же он отклоняется в одну сторону, то исправить ситуацию можно, подложив бумажные листы под противоположную. Эти действия позволяют настроить основу нашей игрушки, так чтобы она находилась четко на уровне моря.
И видео с левитронами…
Здесь рассказано и показано, как сделать крутой левитрон своими руками!
Эту поделку меня вынудили собрать в универе:)
Делал я её в паре с одногруппником, задачей которого было сделать чумовой корпус, а с меня — электронную начинку.
Насколько всё классно получилось — судите сами, пишите комментарии, интересно будет почитать, обсудить.
Не помню, как именно мы пришли именно к идее сделать левитрон, тема поделки была вольная. Конструкция вроде и простая, но глаз притягивает.
Вообще сам левитрон — устройство, которое поддерживает какой-либо предмет в среде, которая никак не соприкасается с какой-либо поверхностью, кроме как через воздух.
В данном случае электроника заставляет парить магнит, а магнит уже можно приклеить к, например, банке из-под вкусного недорогого напитка:)
Если хорошенько поискать в интернете, то можно увидеть много разных вариантов электромагнитного левитрона, например:
Их можно условно разделить на подвесной и отталкивающий. Если в первом случае необходимо просто компенсировать силу тяжести, то во втором ещё и смещение в горизонтальной плоскости, так как согласно теореме Ирншоу «всякая равновесная конфигурация точечных зарядов неустойчива, если на них кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания ничто не действует.» — цитата из вики.
Из этого вытекает, что подвесной левитрон проще в изготовлении и настройке, если таковая вообще необходима. Сильно заморачиваться не хотелось, поэтому для универа сделали подвесной левитрон, о котором здесь идёт речь, а отталкивающий уже делал для себя любимого:) О нём в другой статье будет написано. Чуть позднее удалю этот текст и дам тут ссылку на него.
Работает великолепно, но минусы свои тоже имеет.В свою очередь все подвесные левитроны можно так же условно разделить на цифровые и аналоговые по способу удержания предмета на одном расстоянии. А по типу датчиков их можно разделить на оптические, электромагнитные, звуковые и, наверное, всё.
То есть сигнал о расстоянии магнита до левитрона мы получаем аналоговый, а корректируем силу воздействия на магнит уже цифровым способом. Hi-tech, однако.
Сама идея была позаимствована на сайте geektimes, а печатная плата была изготовлена уже персонально под наш набор деталей. Так же в исходном проекте были использованы трёхвыводные датчики SS49 , но сроки были весьма сжатые, у нас они стоили мягко говоря неоправданно дорого ($4 за штуку против $6 за 10 штук в китае — ссылка для примера), поэтому мы использовали четырёхвыводные датчики Холла. Пришлось изменить схему и внести конструктивные дополнения в устройство. Так же для большей понтовости был добавлен блок светодиодов, которые плавно загораются при поднесении магнита, то есть когда левитрон начинает работать и плавно выключаются, когда магнит убирают.
Собственно, схема левитрона на четырёхвыводных датчиках:
И схема левитрона на трёхвыводных датчиках и более простой подсветкой:
Принцип действия довольно прост. Катушка, являющаяся электромагнитом при подаче питания притягивает магнит — предмет притягивается. Датчик, прикреплённый между магнитом и катушкой фиксирует увеличение магнитного потока, что означает приближение магнита. Электроника это отслеживает и отключает катушку от источника напряжения. Магнит начинает падать под действием силы тяжести. Датчик фиксирует уменьшение магнитного потока, что сразу же обнаруживается электроникой и на электромагнит подаётся напряжение, магнит притягивается — и так происходит очень часто — около 100 тысяч раз в секунду. Возникает динамическое равновесие. Человеческий глаз не успевает заметить этого. Частота генератора задаётся резистором и конденсатором на выводах 5 и 6 микросхемы TL494.
Второй датчик на другой стороне электромагнита нужен для того, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое самой катушкой. То есть, если бы не было этого второго датчика — при включении электромагнита система бы не могла отличить интенсивность магнитного поля неодимового магнита от магнитного поля, создаваемого самим электромагнитом.
Итак, мы имеем систему двух датчиков, сигнал с которых поступает на операционный усилитель в дифференциальном включении. Это значит, что на выходе операционного усилителя появляется лишь разность напряжений, получаемых с датчиков.
Для примера. На одном из датчиков на выходе напряжение 2,5 В, а на другом — 2,6 В. На выходе будет 0,1 В. Этот дифференциальный сигнал находится на выводе 14 микросхемы LM324 по схеме.
Далее этот сигнал поступает на два следующих операционных усилителя — OP1.1, OP 1.3, выходные сигналы которых через диодный вентиль идут на 4 вывод микросхемы TL494. Диодный вентиль на диодах D1, D2 пропускает только одно из напряжений — то, которое будет больше по номиналу. Вывод №4 ШИМ контроллера рулит следующим образом — чем выше напряжение на этом выводе — тем меньше скважность импульсов. Резистор R9 предназначен для того, чтобы в ситуации, когда на входах диодного вентиля напряжения меньше 0,6 В — вывод №4 был однозначно притянут к земле — при этом ШИМ будет выдавать максимально большую скважность.
Вернёмся к операционным усилителям OP1.1, OP 1.3. Первый служит для выключения ШИМ контроллера, пока магнит находится на достаточно большом расстоянии от датчика, чтобы катушка не работала на максимуме вхолостую.
С помощью OP 1.3 задаём коэффициент усиления дифференциального сигнала — по сути задаёт глубину обратной связи (ОС). Чем сильнее обратная связь — тем сильнее система будет реагировать на приближение магнита. Если глубина ОС не достаточна — магнит можно будет поднести вплотную, а прибор не начнёт снижать мощность, накачиваемую в электромагнит. А если глубина ОС будет слишком большая — то скважность начнёт падать до того, как сила притяжения магнита сможет его удерживать на этом расстоянии.
Переменный резистор P3 ставить не обязательно — он служит для настройки частоты генератора.
OP1.2 является генератором напряжения 2,5 В, необходимый для четырёхвыводных датчиков. Для трёхвыводных датчиков типа SS49 он не нужен.
Забыл упомянуть о элементах C1, R6 и R7. Их фишка в том, что постоянный сигнал здесь урезается в 10 раз за счёт резисторов, а переменный за счёт конденсатора спокойно проходит дальше, тем самым достигается упор работы схемы на резкие изменения расстояния магнита до датчика.
Диод SD1 предназначен для гашения обратных выбросов в момент отключения напряжения на электромагните.
Узел на T2 позволяет плавно включать и выключать светодиодную линейку при появлении импульсов на электромагните.
Перейдём к конструктивному исполнению.
Одним из ключевых моментов в левитроне является электромагнит. Мы делали каркас на основе какого-то строительного болта, на котором были вырезаны круглые бортики из фанеры.
Магнитный поток здесь зависит от нескольких ключевых факторов:
- наличие сердечника;
- геометрия катушки;
- ток в катушке
Если проще, то чем больше катушка и больший ток течёт в ней — тем сильнее она притягивает магнитные материалы.
В качестве обмотки использовали провод ПЭЛ 0,8 мм. Мотали на глаз, пока размеры катушки не показались внушительными. Получилось следующее:
Найти необходимый провод в наших краях может не получиться, однако вполне легко находится в интернет магазинах — провод 0,4 мм для намотки катушки .
А пока моталась катушка была подготовлена и вытравлена плата. Делалась по технологии ЛУТ, рисунок платы был сделан в программе Sprint LayOut. Скачать плату левитрона можно по ссылке .
Травилась плата в остатках аммония персульфата, пустая банка которого была успешно применена далее в этом проекте:)
Хочу отметить, что размещение деталей, а так же разводка дорожек подразумевают очень аккуратную пайку, так как легко наделать соединений там, где их быть не должно. Если таковых навыков нету — вполне дозволительно это сделать компонентами больших размеров на макетной плате, типо такой , а соединения выполнять с помощью проводов с обратной стороны.
По итогу плата получилась такая:
Плата очень эргономично вписалась в габариты катушки и была прикреплена прямо на неё с помощью могучего термоклея, тем самым превращаясь в единый моноблок — подключил питание, настроил и система работает.
Но это всё было до того, как был готов электромагнит. Плата была сделана немного раньше и чтобы хоть как-то протестировать работоспособность устройства была временно подключена менее габаритная катушка. Первый результат порадовал.
Датчики, как уже писалось выше, применены от систем слежения положения BLDC двигателей, четырёхвыводные. Так как не удалось найти на них документацию пришлось опытным путём выяснять, какие выводы за что отвечают. Форм-фактор получился такой:
Тем временем подоспел крупногабаритный электромагнит. Эта штука вселяла большую надежду:)
Первые испытания с большим электромагнитом показали довольно большое рабочее расстояние. Тут есть один нюанс — датчик, который расположен на стороне неодимового магнита должен быть немного дальше от катушки для уверенного срабатывания электроники.
Последнее фото больше напоминает некий космический спутник. Кстати, именно так и можно было бы оформить этот левитрон. И у тех, кто намерен повторить конструкцию — всё впереди:)
В качестве левитирующего предмета было решено использовать банку прохладительного напитка. Лепим на двухсторонний скотч магнит к банке, проверяем.
Работает прекрасно, в целом, устройство можно считать готовым. Осталось внешнее оформление. Из брусков и палок была сделана опорная балка, корпус нашего моноблока был выполнен из той самой пустой пластиковой банки из-под аммония персульфата. Из моноблока выходит всего два провода на питание, как и задумывалось.
К этому моменту уже была напаяна навесным монтажом схема плавного включения линейки светодиодов, сама линейка успешно примонтирована на вездесущий термоклей.
В качестве блока питания выступает позаимствованный у какого-то принтера блок, переделанный с 42 В на 12 В.
Внешний вид блока питания тоже покажу:)
Далее из фанеры была сделана подставка, в котором помещался блок питания и разъём для подключения 220 В. Наверху была наклеена матерчатая ткань для красоты, вся конструкция окрашена в жёлто-чёрный цвет. Банку поменяли, так как в ходе экспериментов она немного помялась.
Из этого всего помимо эффекта левитации получился ещё очень даже замечательный ночник.
Видео добавлю чуть позднее, а пока в довершение всему хочу сказать, что мою конструкцию легко повторил 13-летний учащийся моего радиокружка.
Пока ещё внешний вид до законченного варианта не доведён, но электронная начинка работает как положено. Фото его конструкции:
Принцип действия игрушки левитрон, которая наглядно демонстрирует состояние невесомости, основывается на действии магнитного поля, удерживающего предметы незначительного размера в воздухе.
Такие игрушки, к сожалению, пока не производится отечественной промышленностью, так что спрос на них не может быть удовлетворен. Есть, конечно, возможность заказать левитрон из-за рубежа, но стоимость игрушки (и так довольно высокая – 35 долларов) существенно увеличивается за счет цены доставки.
Но зато ничто не может помешать сделать левитрон собственноручно одним из двух известных способов: на электромагните или на постоянных магнитах.
Второй из указанных способов значительно проще первого, к тому же не потребуются специфические знания в области физики, да и электрическое питание этому устройству также не нужно.
Материалы для изготовления Левитрона
Итак, нам понадобится для изготовления игрушки три магнита в форме колец, обладающие достаточной мощностью. Вполне подойдут для нашей цели магниты из низкочастотных динамиков, срок службы которых давно истек.
Для того чтобы сделать волчок, будет нужен неодимный магнит. Взять его можно из динамика, на котором имеется надпись»Neodium transducer». Применяются подобные динамики в сотовых. Самый сильный постоянный магнит сегодня – это неодимный, созданный из сплава, в который входят неодим, бор и железо. Высокая температура негативно повлияет на него, поэтому этот магнит следует беречь от нагревания. Итак, магнит из сотового телефона может оказаться двух видов – в виде круглой пластинки или же в виде кольца. Кольцевой магнит одевается на сам волчок строго по центру, а магнит в форме таблетки приклеивается на ось волчка снизу.Материалом для самого волчка должен служить легкий материал, такой как композит или пластмасса.
Настройка левитрона
К настройке следует подойти с особой скрупулезностью, ведь эта часть работы имеет решающее значение и является наиболее трудоемкой. Кольцевые магниты должны быть соединены между собой разнополярными сторонами. Сверху на них следует установить пластину (не из металла) толщиной до 1 см. Волчок аккуратно будет установлен в основание левитрона – центр магнита. Если Вы заметили, что волчок отклоняется в сторону, значит, магнит нужно заменить на другой, с большим диаметром.
Чтобы запустить волчок, понадобятся еще несколько элементов, с помощью которых можно будет регулировать толщину платформы, чтобы достичь нормального вращения волчка. Нам понадобится пластика из оргстекла с бумажными листами. Если волчок крутится нормально, начинаем плавно приподнимать платформу, пока он не взлетит вверх.
Если наш волчок подлетает с излишней стремительностью, следует увеличить его вес. Если же он отклоняется в одну сторону, то исправить ситуацию можно, подложив бумажные листы под противоположную. Эти действия позволяют настроить основу нашей игрушки, так чтобы она находилась четко на уровне моря.
Магнитная левитация всегда выглядит впечатляюще и завораживающе. Такое устройство сегодня можно не только купить, но и сделать самому. И для того, чтобы создать такое устройство магнитной левитации не обязательно тратить на это много денег и времени.
В данном материале будет представлена схема и инструкция по сборке магнитного левитатора из недорогих компонентов. На саму сборку уйдет не более двух часов.
Идея данного устройства под названием левитрон очень проста. Электромагнитная сила поднимает в воздух кусок магнитного материала, а для того, чтобы создать парящий эффект, происходит поднятие и опускание объекта в очень малом диапазоне высот, но с очень большой частотой.
Чтобы собрать левитрон понадобятся всего лишь семь компонентов, включая катушку. Схема устройства магнитной левитации представлена ниже.
Итак, как мы видим по схеме, помимо катушки нам понадобятся полевой транзистор, например, IRFZ44N или другой подобный MOSFET, диод HER207 или что-то вроде 1n4007, резисторы 1 КОм и 330 Ом, датчик Холла A3144, а также опционально индикаторный светодиод. Катушку можно сделать самостоятельно, для этого потребуется 20 метров провода диаметром 0.3-0.4 мм. Для питания схемы можно взять зарядное устройство 5 В.
Чтобы сделать катушку, нужно взять основу с размерами, показанными на следующем рисунке. Для нашей катушки будет достаточно намотать 550 витков. Закончив намотку, катушку желательно заизолировать какой-нибудь изолентой.
Теперь запаяйте почти все компоненты кроме датчика Холла и катушки на небольшой плате. Датчик Холла поместите в отверстие катушки.
Зафиксируйте катушку так, чтобы она была над поверхностью на некотором расстоянии. После этого на данное устройство магнитной левитации можно подать питание. Возьмите небольшой кусочек неодимового магнита и поднесите его к низу катушки. Если все сделано правильно, то электромагнитная сила подхватит его и будет удерживать в воздухе.
Если у вас это устройство не работает должным образом, то проверьте датчик. Его чувствительная часть, то есть плоская сторона с надписями должна быть параллельно земле. Также для левитации форма таблетки, которая присуща большинству продаваемых неодимовых магнитов, не является самой удачной. Чтобы центр тяжести не «гулял», нужно перенести его на дно магнита, прикрепив к нему что-нибудь не слишком тяжелое, но и не слишком легкое. Например, можно добавить кусок картона или плотной бумаги, как на первом изображении.
На просьбу подарить вам на Новый год антигравитацию Дед Мороз не должен отвечать «Миссия невыполнима». Услышите такой ответ, знайте — Дед поддельный. Потому что научные игрушки с элементами антигравитации существуют и не первый год продаются по $30-60.
Есть в Сиэтле компания под предобрым названием «Очаровательные игрушки и подарки» (Fascinations Toys and Gifts). Очарование её продукции в том, что поначалу она кажется нереальной. Правда, в отличие от фокусников, создатели необычных сувениров охотно раскрывают свои секреты.
Прежде всего, хочется сказать о «Левитроне» (Levitron) . Перед нами нечто вроде пепельницы (будем называть её основой) над которой висит в воздухе и крутится волчок. Антигравитационный такой приборчик. Развлекает «Левитрон» следующим образом:
Вы берёте в руку идущую в комплекте пластину и держите её над основой. Ставите на пластину сверху волчок и сильно раскручиваете его указательным и большим пальцами.
Затем пластину медленно поднимают, потом опускают и убирают прочь — гироскоп остаётся висеть в воздухе, вращаясь и немного покачиваясь.
Штука хорошая, но в хозяйстве практически бесполезная (фото hobbytron.net).
Никакого электричества игрушка не требует. Здесь использованы постоянные магниты, размещённые как в основе, так и в гироскопе.
С точки зрения классической физики невозможно добиться устойчивости двух отталкивающихся магнитов, один из которых плавает над другим.
Специалисты же из Fascinations объясняют, что им удалось найти исключение из правил.
Точнее, его нашёл изобретатель Рой Хэрриген (Roy M. Harrigan) и запатентовал в мае 1983 года.
Как вы догадались, вращение удерживает верхний магнит от опрокидывания. Но что мешает ему скользить боком и слететь с магнитной подушки?
Нижний магнит, и его поле соответственно, имеет сложную форму. И при отклонении волчка от центра возникает сила, подталкивающая его обратно в точку равновесия.
Так выглядит «Левитрон», сделанный своими руками (фото hcrs.at).
Сила эта очень мала и потому запуск «Левитрона» потребует тренировки.
Равновесие в этой системе настолько тонкое, что на него влияют температура в комнате или даже небольшие колебания в земном магнетизме.
В комплект игрушки входит набор из 5 грузиков — весом от 3 до 0,1 грамма. Их комбинацией достигается равновесие.
Регулируемые ножки основы позволяют установить её точно горизонтально, да, к тому же, необходимо соблюдать определённую ориентацию на стороны света.
Наконец сам процесс подъёма и удаления пластины с вращающимся гироскопом требует чрезвычайной осторожности. И, чем быстрее вы сможете закрутить волчок, тем дольше он будет парить.
Если левитирующий волчок вас в должной степени очаровал, новаторы из Сиэтла готовы предложить вам дополнительные аксессуары к «Левитрону».
Например, «Перпетуатор» (Perpetuator), на этот раз уже подключаемый к розетке. В отличие от обычной основы, здесь добавлены электромагнитные поля, которые поддерживают вращение волчка, так что он может висеть над вашим столом неделями.
Другая антигравитационная игрушка называется Art Bank . Эта коробка, внутри которой левитируют теннисный шарик, модель самолёта, монетка или фантик.
Кроме того, имеется «летающий глобус» — Amazing Anti-Gravity Globes .
Антигравитационный глобус — действительно вещь (фото fascinations. com).
Ещё одно «физическое» творение Fascinations — легкие и прозрачные водопады (Gosammer Falls). Это целая коллекция водопадиков, так сказать, для дома и офиса.
Упоминания они заслуживают потому, что в отличие от множества аналогов, демонстрируют интересный эффект.
Вода в них льётся широкой и тонкой плёнкой, которая ни разу не разрывается, ни в одном месте. Как это возможно?
Вода, выливаясь даже из тонкой протяжённой щели, стремится собраться в более-менее компактную струю, а если это невозможно — разрывается на отдельные потоки, дробится на капли.
Магнитная левитация своими руками
Магнитную левитацию и нулевое сопротивление – самые зрелищные свойства сверхпроводников – несложно продемонстрировать в домашних условиях.
Игорь Егоров
Начало XX века в физике вполне можно назвать эпохой предельно низких температур. В 1908 году голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес впервые получил жидкий гелий, имеющий температуру всего на 4,2° выше абсолютного нуля. А вскоре ему удалось достичь температуры менее одного кельвина! За эти достижения в 1913 году Камерлинг-Оннес был удостоен Нобелевской премии. Но он вовсе не гнался за рекордами, его интересовало, как вещества меняют свои свойства при столь низких температурах, — в частности, он изучал изменение электрического сопротивления металлов.
И вот 8 апреля 1911 года произошло нечто невероятное: при температуре чуть ниже температуры кипения жидкого гелия электрическое сопротивление ртути внезапно исчезло. Нет, оно не просто стало очень малым, оно оказалось равным нулю (насколько это было возможно измерить)! Ни одна из существовавших на тот момент теорий ничего подобного не предсказывала и объяснить не могла. В следующем году подобное свойство было обнаружено у олова и свинца, причем последний проводил ток без сопротивления и при температурах даже чуть выше температуры кипения жидкого гелия. А к 1950−1960-м годам были открыты материалы NbTi и Nb3Sn, отличающиеся способностью сохранять сверхпроводящее состояние в мощных магнитных полях и при протекании больших токов. Увы, они все еще требуют охлаждения дорогим жидким гелием.
Следующее великое открытие в области сверхпроводимости произошло в 1986 году: Йоханнес Георг Беднорц и Карл Александр Мюллер обнаружили, что совместный оксид меди-бария-лантана обладает сверхпроводимостью при очень высокой (по сравнению с температурой кипения жидкого гелия) температуре — 35 К. Уже в следующем году, заменив лантан на иттрий, удалось достичь сверхпроводимости при температуре 93 К. Конечно, по бытовым меркам это все еще довольно низкие температуры, -180°С, но главное, что они выше порога в 77 К — температуры кипения дешевого жидкого азота. Кроме огромной по меркам обычных сверхпроводников критической температуры, для вещества YBa2Cu3O7-x (0 ≤ x ≤ 0,65) и ряда других купратов достижимы необычайно высокие значения критического магнитного поля и плотности тока. Такое замечательное сочетание параметров не только позволило куда шире применять сверхпроводники в технике, но и сделало возможными множество интересных и зрелищных опытов, которые можно проделать даже в домашних условиях.
Какой выбрать
Для начала нужно раздобыть подходящий сверхпроводник. Открыватели высокотемпературной сверхпроводимости запекали смесь оксидов в специальной печи, но для простых опытов мы рекомендуем купить готовые сверхпроводники. Они выпускаются в виде поликристаллической керамики, текстурированной керамики, сверхпроводящих лент первого и второго поколения.
Поликристаллическая керамика стоит недорого, но и параметры у нее далеки от рекордных: уже небольшие магнитные поля и токи могут разрушить сверхпроводимость. Ленты первого поколения тоже не поражают своими параметрами. Совсем другое дело — текстурированная керамика, она имеет наилучшие характеристики. Но для развлекательных опытов она неудобна, хрупка, деградирует со временем, и самое главное — найти ее в свободной продаже довольно сложно. А вот ленты второго поколения оказались идеальным вариантом для максимального числа наглядных опытов. Этот высокотехнологичный продукт умеют производить всего четыре компании в мире, в том числе российская «СуперОкс». И, что весьма важно, свои ленты, сделанные на основе GdBa2Cu3O7-x, они готовы продавать в количестве от одного метра, чего как раз хватает для проведения наглядных научных экспериментов.
Равно нулю
Наш первый опыт — измерение сопротивления сверхпроводника. Действительно ли оно нулевое? Измерять его обычным омметром бессмысленно: он покажет нуль и при подключении к медному проводу. Столь малые сопротивления измеряются иначе: через проводник пропускают большой ток и измеряют падения напряжения на нем. В качестве источника тока мы взяли обычную щелочную батарейку, которая при коротком замыкании дает около 5 А. При комнатной температуре как метр сверхпроводящей ленты, так и метр медного провода показывают сопротивление в несколько сотых ома. Охлаждаем проводники жидким азотом и сразу наблюдаем интересный эффект: еще до того как мы пустили ток, вольтметр уже показал примерно 1 мВ. По всей видимости, это термо-ЭДС, поскольку в нашей схеме много различных металлов (медь, припой, стальные «крокодильчики») и перепады температуры в сотни градусов (вычтем это напряжение при дальнейших измерениях).
А теперь пропускаем ток через охлажденную медь: тот же провод показывает сопротивление уже всего в тысячные доли ома. А что же со сверхпроводящей лентой? Подключаем батарейку, стрелка амперметра мигом устремляется к противоположному краю шкалы, а вот вольтметр своих показаний не меняет даже на десятую милливольта. Сопротивление ленты в жидком азоте в точности равно нулю.
Летательные аппараты
Теперь перейдем к взаимодействию сверхпроводника и магнитного поля. Малые поля из сверхпроводника вообще выталкиваются, а более сильные проникают в него не сплошным потоком, а в виде отдельных «струй». Кроме того, если мы двигаем магнит возле сверхпроводника, то в последнем наводятся токи, и их поле стремится вернуть магнит назад. Все это делает возможной сверхпроводящую или, как ее еще называют, квантовую левитацию: магнит или сверхпроводник могут висеть в воздухе, стабильно удерживаемые магнитным полем. Чтобы убедиться в этом, достаточно маленького редкоземельного магнитика и кусочка сверхпроводящей ленты. Если же иметь хотя бы метр ленты и неодимовые магниты покрупнее (мы использовали диск 40 x 5 мм и цилиндр 25 x 25 мм), то можно сделать эту левитацию весьма зрелищной, подняв в воздух дополнительный груз.
В первую очередь нужно нарезать ленту на кусочки и скрепить их в пакет достаточной площади и толщины. Скреплять можно и суперклеем, но это не слишком надежно, так что лучше спаять их обычным маломощным паяльником с обычным оловянно-свинцовым припоем. По результатам наших опытов можно рекомендовать два варианта пакетов. Первый — квадрат со стороной в три ширины ленты (36 x 36 мм) из восьми слоев, где в каждом следующем слое ленты укладываются перпендикулярно лентам предыдущего слоя. Второй — восьмилучевая «снежинка» из 24 отрезков ленты длиной 40 мм, уложенных друг на друга так, что каждый следующий отрезок повернут на 45 градусов относительно предыдущего и пересекает его в середине. Первый вариант немного проще в изготовлении, намного компактнее и прочнее, зато второй обеспечивает лучшую стабилизацию магнита и экономичный расход азота за счет его впитывания в широкие щели между листами.
Кстати, о стабилизации стоит сказать отдельно. Если заморозить сверхпроводник, а потом просто поднести к нему магнит, то висеть магнит не будет — упадет в стороне от сверхпроводника. Чтобы стабилизировать магнит, нам нужно заставить поле проникнуть внутрь сверхпроводника. Сделать это можно двумя способами: «вмораживанием» и «вдавливанием». В первом случае мы размещаем магнит над теплым сверхпроводником на специальной опоре, затем наливаем жидкий азот и убираем опору. Такой метод отлично работает с «квадратом», он же подойдет и для монокристаллической керамики, если вы ее найдете. Со «снежинкой» метод тоже работает, хоть и чуть хуже. Второй метод предполагает, что вы будете силой приближать магнит к уже охлажденному сверхпроводнику, пока тот не захватит поле. С монокристаллом керамики такой метод почти не работает: слишком большие усилия нужны. А вот с нашей «снежинкой» работает великолепно, позволяя стабильно подвесить магнит в разных положениях (с «квадратом» тоже, но положение магнита невозможно сделать произвольным).
Свободное парение
И вот магнит уже висит в полутора сантиметрах над сверхпроводником, напоминая о третьем законе Кларка: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии». Почему бы не сделать картину еще более магической — разместить на магните свечку? Прекрасный вариант для романтического квантово-механического ужина! Правда, надо учесть пару моментов. Во-первых, свечи в металлической гильзе стремятся сползти к краю диска-магнита. Чтобы избавится от этой проблемы, можно использовать подсвечник-подставку в виде длинного винта. Вторая проблема — выкипание азота. Если попробовать долить его просто так, то идущий из термоса пар гасит свечу, так что лучше использовать широкую воронку.
Кстати, а куда именно доливать азот? В какую емкость поместить сверхпроводник? Проще всего оказались два варианта: кювета из сложенной в несколько слоев фольги и, в случае «снежинки», крышечка от пятилитровой бутыли с водой. В обоих случаях емкость ставится на кусок меламиновой губки. Эта губка продается в супермаркетах и предназначена для уборки, она — хороший теплоизолятор, который прекрасно выдерживает криогенные температуры.
Наконец, мы решили собрать рельс из магнитов и пустить по нему «летящий вагон» с начинкой из сверхпроводника, с обкладками из пропитанной жидким азотом меланиновой губки и оболочкой из фольги. С прямым рельсом проблем не возникло: взяв магниты 20 x 10 x 5 мм и укладывая их на листе железа подобно кирпичам в стене (горизонтальной стене, поскольку нам нужно горизонтальное направление магнитного поля), легко собрать рельс любой длины. Только нужно торцы магнитов смазывать клеем, чтобы они не разъезжались, а оставались плотно сжатыми, без зазоров. По такому рельсу сверхпроводник скользит совершенно без трения. Еще интереснее собрать рельс в форме кольца. Увы, здесь без зазоров между магнитами уже не обойтись, а на каждом зазоре сверхпроводник немного тормозится. .. Тем не менее хорошего толчка вполне хватает на пару-тройку кругов. При желании можно попробовать обточить магниты и изготовить специальную направляющую для их установки — тогда возможен и кольцевой рельс без стыков.
Item 1 of 2
1 / 2
1. Установив «летающий вагон» с начинкой из сверхпроводника, с обкладками из пропитанной жидким азотом меламиновой губки и оболочкой из фольги на магнитный рельс через прокладку из пары деревянных линеек, заливаем в него жидкий азот, «вмораживая» магнитное поле в сверхпроводник.
Автор — магистрант НИЯУ МИФИ
Редакция выражает благодарность компании «СуперОкс» и лично ее руководителю Андрею Петровичу Вавилову за предоставленные сверхпроводники, а также интернет-магазину neodim.org за предоставленные магниты.
Левитрон на постоянных магнитах. Магнитная левитация своими руками по простой схеме.
Применение в энергетикеЛевитрон — это игрушка, демонстрирующая левитацию крутящегося волчка, в котором расположен неодимовый магнит над ферритовым магнитом большего деаметра. Выглядит это удивительно!
Материалы для изготовления Левитрона
Итак, нам понадобится для изготовления игрушки три магнита в форме колец, обладающие достаточной мощностью. Вполне подойдут для нашей цели магниты из низкочастотных динамиков, срок службы которых давно истек.
Для того чтобы сделать волчок, будет нужен неодимный магнит. Взять его можно из динамика, на котором имеется надпись«Neodium transducer». Применяются подобные динамики в сотовых. Самый сильный постоянный магнит сегодня – это неодимный, созданный из сплава, в который входят неодим, бор и железо. Высокая температура негативно повлияет на него, поэтому этот магнит следует беречь от нагревания. Итак, магнит из сотового телефона может оказаться двух видов – в виде круглой пластинки или же в виде кольца. Кольцевой магнит одевается на сам волчок строго по центру, а магнит в форме таблетки приклеивается на ось волчка снизу. Материалом для самого волчка должен служить легкий материал, такой как композит или пластмасса.
Настройка левитрона
К настройке следует подойти с особой скрупулезностью, ведь эта часть работы имеет решающее значение и является наиболее трудоемкой. Кольцевые магниты должны быть соединены между собой разнополярными сторонами. Сверху на них следует установить пластину (не из металла) толщиной до 1 см. Волчок аккуратно будет установлен в основание левитрона – центр магнита. Если Вы заметили, что волчок отклоняется в сторону, значит, магнит нужно заменить на другой, с большим диаметром.
Чтобы запустить волчок, понадобятся еще несколько элементов, с помощью которых можно будет регулировать толщину платформы, чтобы достичь нормального вращения волчка. Нам понадобится пластика из оргстекла с бумажными листами. Если волчок крутится нормально, начинаем плавно приподнимать платформу, пока он не взлетит вверх.
Если наш волчок подлетает с излишней стремительностью, следует увеличить его вес. Если же он отклоняется в одну сторону, то исправить ситуацию можно, подложив бумажные листы под противоположную. Эти действия позволяют настроить основу нашей игрушки, так чтобы она находилась четко на уровне моря.
И видео с левитронами…
.
В этой статье Константин, мастерская How-todo, покажет нам как сделать левитрон.
Итак, левитрон. Принцип работы данной приблуды прост, как саморез. Электромагнитом поднимаем в воздух кусочек некоего магнитного материала. Для создания эффекта парения, электромагнит включаем и выключаем с большой частотой.
То-есть, как-бы поднимаем и бросаем магнитный образец.
Схема такого устройства на удивление проста, и повторить его не составляет сложностей. Вот, собственно, схема.
Нужные нам материалы и компоненты.
Светодиод любого цвета, он не обязателен.
Транзистор IRFZ44N, подойдет практически любой похожий по параметрам полевик.
Диод, здесь автор использует HER207, с тем же успехом будет работать какой-нибудь 1N4007.
Резисторы на 1 кОм и 330Ом (последний не обязателен).
Датчик холла, у меня это A3144 его тоже можно заменить на похожий.
Медный намоточный эмалированный провод диаметром 0,3 0,4 мм, метров 20. У автора провод 0,36 мм.
Неодимовый магнитик типа таблетки, размером 5 на 1 мм, тоже не особо принципиально, в пределах разумного.
В качестве источника питания подойдет ненужный пятивольтовый зарядник от телефона.
Клей, бумага, паяльник припой… стандартный набор паяльщика.
Давайте перейдем к сборке. Для начала необходимо сделать картонную катушку для корпуса будущего электромагнита.
Параметры катушки следующие:
6 мм диаметр внутренней втулки, ширина слоя намотки приблизительно 23 мм и диаметр щечек, с запасом, около 25 мм.
Как видите, Константин соорудил корпус для катушки из картонки и обрезка тетрадного листа, хорошенько смазав их суперклеем.
Закрепим начало провода в каркасе, наберемся терпения и начинаем накручивать примерно 550 витков.
Направление намотки не имеет значения. Можно даже намотать в навал, но это не наш метод.
Наматываем 12 слоев, виток к витку, изолируя каждый слой изолентой.
Потратив часа полтора, закрепляем конец провода и откладываем катушку.
Приступаем к пайке, все согласно схемы, без каких-либо отличий.
Выводы Датчика Холла удлинняем проводками и изолируем термоусадкой, ведь его необходимо расположить внутри катушки.
Собственно все, остается только настроить, для этого устанавливаем датчик Холла внутри катушки и фиксируем подручными средствами.
Подвешиваем катушку, подаём питание.
Поднеся магнит чувствуем, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полярности.
На некотором расстоянии магнит пытается зависнуть, но на длительное время не зависает.
Изучаем документацию на датчик, где специально в картинках показано, с какой стороны у него чувствительная зона.
Вынимаем его и сгибаем таким образом, чтобы плоская сторона с надписями оказалась в итоге параллельно земле.
Запихиваем обратно, на этот раз все значительно лучше.
Но до сих пор не парит.
Проблема заключается в форме магнита, а именно — плоская форма «таблетки».
Не самая удачная, которую можно придумать для левитации. Достаточно всего лишь сместить центр тяжести вниз. Организуем это при помощи куска толстой бумажки.
Кстати, перед приклеиванием противовеса, не забудьте сначала посмотреть с какой стороны магнит притягивается к катушке.
Собственного теперь все более-менее работает, остается только отцентровать и закрепить датчик.
Слово «левитация» происходит от английского «levitate» — парить, подниматься в воздух. То есть левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.
В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект. Именно о магнитной левитации и пойдет речь в данной статье.
Магнитное удержание объекта в состоянии устойчивого равновесия можно реализовать несколькими способами. Каждый из способов имеет свои особенности, и к каждому можно предъявить претензии, вроде «это не настоящая левитация!», и так оно на самом деле и будет. Настоящая левитация в чистом виде недостижима.
Так, теорема Ирншоу доказывает, что, используя только ферромагнетики, невозможно устойчиво удерживать объект в гравитационном поле. Но несмотря на это, с помощью сервомеханизмов, диамагнетиков, сверхпроводников и систем с вихревыми токами возможно достичь подобие левитации, когда какой-нибудь механизм помогает объекту сохранять равновесие, когда тот поднят над опорой магнитной силой. Однако обо всем по порядку.
Электромагнитная левитация с системой слежения
Применив схему на базе электромагнита и фотореле можно заставить левитировать небольшие металлические предметы. Предмет будет парить в воздухе на некотором расстоянии от неподвижно закрепленного на стойке электромагнита. Электромагнит получает питание, пока фотоэлемент, закрепленный в стойке, не затенен парящим предметом, пока на него попадает достаточно света от неподвижно закрепленного контрольного источника, это значит, что объект нужно притянуть.
Когда объект достаточно приподнят, электромагнит отключается, поскольку в этом момент тень от перемещенного в пространстве объекта падает на фотоэлемент, перекрывая свет источника. Объект начинает падать, но упасть не успевает, так как снова включился электромагнит. Так, отрегулировав чувствительность фотореле, можно добиться эффекта, при котором объект будет как-бы висеть на одном месте в воздухе.
На самом деле объект непрерывно то падает, то вновь немного приподнимается электромагнитном. Получается иллюзия левитации. На этом принципе основана работа «левитирующих глобусов» — довольно необычных сувениров, где к глобусу прикреплена магнитная пластина, с которой и взаимодействует электромагнит, скрытый в подставке.
Графитовый грифель от простого карандаша является диамагнетиком, то есть веществом, которое намагничивается против внешнего магнитного поля. В определенных условиях происходит полное вытеснение магнитного поля из материала диамагнетика, например графитовый грифель обладает высокой магнитной восприимчивостью, и начинает парить над неодимовыми магнитами даже при комнатной температуре.
Для устойчивости эффекта магниты следует собрать в шахматном порядке (полюса магнитов), тогда графитовый стержень не выскользнет из «магнитной ловушки» и будет левитировать.
Редкоземельный магнит с индукцией всего 1 Тл может висеть между пластинами висмута, а в магнитном поле с индукцией 11 Тл можно между пальцами стабилизировать «левитацию» маленького неодимового магнита, поскольку руки человека являются диамагнетиком, как и вода.
Известен достаточно широко распространенный опыт с левитирующей лягушкой. Животное аккуратно помещают над магнитом, который создает магнитную индукцию больше 16 Тл и лягушка, демонстрируя диамагнитные свойства, фактически зависает в воздухе на небольшом расстоянии от магнита.
Пластина из оксида иттрия-бария-меди охлаждается до температуры жидкого азота. В этих условиях пластина . Если теперь положить неодимовый магнит на подставку над пластиной, а затем подставку из под магнита вытащить, то магнит зависнет в воздухе — будет левитировать.
Даже небольшой магнитной индукции порядка 1 мТл достаточно чтобы магнит, будучи положен на пластину, приподнялся над охлажденным высокотемпературным сверхпроводником на несколько миллиметров. Чем выше индукция магнита — тем выше он поднимется.
Дело здесь в том, что одно из свойств сверхпроводника — выталкивание магнитного поля из сверхпроводящей фазы, и магнит, отталкиваясь от этого магнитного поля противоположного направления как-бы всплывает и продолжает парить над охлажденным сверхпроводником до тех пор, пока он не выйдет из сверхпроводящего состояния.
Вихревые токи (токи Фуко), наводимые переменными магнитными полями в массивных проводниках также способны удерживать предметы в левитирующем состоянии. Например катушка с переменным током может левитировать над замкнутым кольцом из алюминия, а алюминиевый диск будет парить над катушкой с переменным током.
Объяснение здесь такое: по закону Ленца, индуцируемый в диске или в кольце ток будет создавать такое магнитное поле, что его направление станет препятствовать причине его вызывающей, то есть в каждый период колебаний переменного тока в индукторе, в массивном проводнике будет индуцироваться магнитное поле противоположного направления. Так, массивный проводник или катушка подходящий формы смогут левитировать все время пока включен переменный ток.
Аналогичный механизм удержания проявляется, когда роняют внутри медной трубы — магнитное поле индуцированных вихревых токов направлено противоположно магнитному полю магнита.
Андрей Повный
Здесь рассказано и показано, как сделать крутой левитрон своими руками!
Эту поделку меня вынудили собрать в универе:)
Делал я её в паре с одногруппником, задачей которого было сделать чумовой корпус, а с меня — электронную начинку.
Насколько всё классно получилось — судите сами, пишите комментарии, интересно будет почитать, обсудить.
Не помню, как именно мы пришли именно к идее сделать левитрон, тема поделки была вольная. Конструкция вроде и простая, но глаз притягивает.
Вообще сам левитрон — устройство, которое поддерживает какой-либо предмет в среде, которая никак не соприкасается с какой-либо поверхностью, кроме как через воздух. В вакууме тоже будет работать.
В данном случае электроника заставляет парить магнит, а магнит уже можно приклеить к, например, банке из-под вкусного недорогого напитка:)
Если хорошенько поискать в интернете, то можно увидеть много разных вариантов электромагнитного левитрона, например:
Их можно условно разделить на подвесной и отталкивающий. Если в первом случае необходимо просто компенсировать силу тяжести, то во втором ещё и смещение в горизонтальной плоскости, так как согласно теореме Ирншоу «всякая равновесная конфигурация точечных зарядов неустойчива, если на них кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания ничто не действует.» — цитата из вики.
Из этого вытекает, что подвесной левитрон проще в изготовлении и настройке, если таковая вообще необходима. Сильно заморачиваться не хотелось, поэтому для универа сделали подвесной левитрон, о котором здесь идёт речь, а отталкивающий уже делал для себя любимого:) О нём в другой статье будет написано. Чуть позднее удалю этот текст и дам тут ссылку на него. Работает великолепно, но минусы свои тоже имеет.
В свою очередь все подвесные левитроны можно так же условно разделить на цифровые и аналоговые по способу удержания предмета на одном расстоянии. А по типу датчиков их можно разделить на оптические, электромагнитные, звуковые и, наверное, всё.
То есть сигнал о расстоянии магнита до левитрона мы получаем аналоговый, а корректируем силу воздействия на магнит уже цифровым способом. Hi-tech, однако.
Сама идея была позаимствована на сайте geektimes, а печатная плата была изготовлена уже персонально под наш набор деталей. Так же в исходном проекте были использованы трёхвыводные датчики SS49 , но сроки были весьма сжатые, у нас они стоили мягко говоря неоправданно дорого ($4 за штуку против $6 за 10 штук в китае — ссылка для примера), поэтому мы использовали четырёхвыводные датчики Холла. Пришлось изменить схему и внести конструктивные дополнения в устройство. Так же для большей понтовости был добавлен блок светодиодов, которые плавно загораются при поднесении магнита, то есть когда левитрон начинает работать и плавно выключаются, когда магнит убирают. Всё это будет отражено на схеме.
Собственно, схема левитрона на четырёхвыводных датчиках:
И схема левитрона на трёхвыводных датчиках и более простой подсветкой:
Принцип действия довольно прост. Катушка, являющаяся электромагнитом при подаче питания притягивает магнит — предмет притягивается. Датчик, прикреплённый между магнитом и катушкой фиксирует увеличение магнитного потока, что означает приближение магнита. Электроника это отслеживает и отключает катушку от источника напряжения. Магнит начинает падать под действием силы тяжести. Датчик фиксирует уменьшение магнитного потока, что сразу же обнаруживается электроникой и на электромагнит подаётся напряжение, магнит притягивается — и так происходит очень часто — около 100 тысяч раз в секунду. Возникает динамическое равновесие. Человеческий глаз не успевает заметить этого. Частота генератора задаётся резистором и конденсатором на выводах 5 и 6 микросхемы TL494.
Второй датчик на другой стороне электромагнита нужен для того, чтобы компенсировать магнитное поле, создаваемое самой катушкой. То есть, если бы не было этого второго датчика — при включении электромагнита система бы не могла отличить интенсивность магнитного поля неодимового магнита от магнитного поля, создаваемого самим электромагнитом.
Итак, мы имеем систему двух датчиков, сигнал с которых поступает на операционный усилитель в дифференциальном включении. Это значит, что на выходе операционного усилителя появляется лишь разность напряжений, получаемых с датчиков.
Для примера. На одном из датчиков на выходе напряжение 2,5 В, а на другом — 2,6 В. На выходе будет 0,1 В. Этот дифференциальный сигнал находится на выводе 14 микросхемы LM324 по схеме.
Далее этот сигнал поступает на два следующих операционных усилителя — OP1. 1, OP 1.3, выходные сигналы которых через диодный вентиль идут на 4 вывод микросхемы TL494. Диодный вентиль на диодах D1, D2 пропускает только одно из напряжений — то, которое будет больше по номиналу. Вывод №4 ШИМ контроллера рулит следующим образом — чем выше напряжение на этом выводе — тем меньше скважность импульсов. Резистор R9 предназначен для того, чтобы в ситуации, когда на входах диодного вентиля напряжения меньше 0,6 В — вывод №4 был однозначно притянут к земле — при этом ШИМ будет выдавать максимально большую скважность.
Вернёмся к операционным усилителям OP1.1, OP 1.3. Первый служит для выключения ШИМ контроллера, пока магнит находится на достаточно большом расстоянии от датчика, чтобы катушка не работала на максимуме вхолостую.
С помощью OP 1.3 задаём коэффициент усиления дифференциального сигнала — по сути задаёт глубину обратной связи (ОС). Чем сильнее обратная связь — тем сильнее система будет реагировать на приближение магнита. Если глубина ОС не достаточна — магнит можно будет поднести вплотную, а прибор не начнёт снижать мощность, накачиваемую в электромагнит. А если глубина ОС будет слишком большая — то скважность начнёт падать до того, как сила притяжения магнита сможет его удерживать на этом расстоянии.
Переменный резистор P3 ставить не обязательно — он служит для настройки частоты генератора.
OP1.2 является генератором напряжения 2,5 В, необходимый для четырёхвыводных датчиков. Для трёхвыводных датчиков типа SS49 он не нужен.
Забыл упомянуть о элементах C1, R6 и R7. Их фишка в том, что постоянный сигнал здесь урезается в 10 раз за счёт резисторов, а переменный за счёт конденсатора спокойно проходит дальше, тем самым достигается упор работы схемы на резкие изменения расстояния магнита до датчика.
Диод SD1 предназначен для гашения обратных выбросов в момент отключения напряжения на электромагните.
Узел на T2 позволяет плавно включать и выключать светодиодную линейку при появлении импульсов на электромагните.
Перейдём к конструктивному исполнению.
Одним из ключевых моментов в левитроне является электромагнит. Мы делали каркас на основе какого-то строительного болта, на котором были вырезаны круглые бортики из фанеры.
Магнитный поток здесь зависит от нескольких ключевых факторов:
- наличие сердечника;
- геометрия катушки;
- ток в катушке
Если проще, то чем больше катушка и больший ток течёт в ней — тем сильнее она притягивает магнитные материалы.
В качестве обмотки использовали провод ПЭЛ 0,8 мм. Мотали на глаз, пока размеры катушки не показались внушительными. Получилось следующее:
Найти необходимый провод в наших краях может не получиться, однако вполне легко находится в интернет магазинах — провод 0,4 мм для намотки катушки .
А пока моталась катушка была подготовлена и вытравлена плата. Делалась по технологии ЛУТ, рисунок платы был сделан в программе Sprint LayOut. Скачать плату левитрона можно по ссылке .
Травилась плата в остатках аммония персульфата, пустая банка которого была успешно применена далее в этом проекте:)
Хочу отметить, что размещение деталей, а так же разводка дорожек подразумевают очень аккуратную пайку, так как легко наделать соединений там, где их быть не должно. Если таковых навыков нету — вполне дозволительно это сделать компонентами больших размеров на макетной плате, типо такой , а соединения выполнять с помощью проводов с обратной стороны.
По итогу плата получилась такая:
Плата очень эргономично вписалась в габариты катушки и была прикреплена прямо на неё с помощью могучего термоклея, тем самым превращаясь в единый моноблок — подключил питание, настроил и система работает.
Но это всё было до того, как был готов электромагнит. Плата была сделана немного раньше и чтобы хоть как-то протестировать работоспособность устройства была временно подключена менее габаритная катушка. Первый результат порадовал.
Датчики, как уже писалось выше, применены от систем слежения положения BLDC двигателей, четырёхвыводные. Так как не удалось найти на них документацию пришлось опытным путём выяснять, какие выводы за что отвечают. Форм-фактор получился такой:
Тем временем подоспел крупногабаритный электромагнит. Эта штука вселяла большую надежду:)
Первые испытания с большим электромагнитом показали довольно большое рабочее расстояние. Тут есть один нюанс — датчик, который расположен на стороне неодимового магнита должен быть немного дальше от катушки для уверенного срабатывания электроники.
Последнее фото больше напоминает некий космический спутник. Кстати, именно так и можно было бы оформить этот левитрон. И у тех, кто намерен повторить конструкцию — всё впереди:)
В качестве левитирующего предмета было решено использовать банку прохладительного напитка. Лепим на двухсторонний скотч магнит к банке, проверяем.
Работает прекрасно, в целом, устройство можно считать готовым. Осталось внешнее оформление. Из брусков и палок была сделана опорная балка, корпус нашего моноблока был выполнен из той самой пустой пластиковой банки из-под аммония персульфата. Из моноблока выходит всего два провода на питание, как и задумывалось.
К этому моменту уже была напаяна навесным монтажом схема плавного включения линейки светодиодов, сама линейка успешно примонтирована на вездесущий термоклей.
В качестве блока питания выступает позаимствованный у какого-то принтера блок, переделанный с 42 В на 12 В.
Внешний вид блока питания тоже покажу:)
Далее из фанеры была сделана подставка, в котором помещался блок питания и разъём для подключения 220 В. Наверху была наклеена матерчатая ткань для красоты, вся конструкция окрашена в жёлто-чёрный цвет. Банку поменяли, так как в ходе экспериментов она немного помялась.
Из этого всего помимо эффекта левитации получился ещё очень даже замечательный ночник.
Видео добавлю чуть позднее, а пока в довершение всему хочу сказать, что мою конструкцию легко повторил 13-летний учащийся моего радиокружка.
Пока ещё внешний вид до законченного варианта не доведён, но электронная начинка работает как положено. Фото его конструкции:
Левитация (от лат. levitas «легкость, легковесность») — физическое явление, при котором предмет без видимой опоры пари́т в пространстве, не касаясь твёрдой поверхности. Люди часто связывают это явление с магией, привидениями, НЛО и прочими невероятных явлениями.
С другой стороны, левитация относительно простое физическое явление для металлических предметов, находящихся в магнитном поле.
Предлагаю вам ознакомиться с устройством, предназначенным для левитации металлических предметов . Принцип работы прост. Для того, чтобы предмет мог висеть в пространстве, вместо постоянного магнита надо использовать электромагнит, управляемый с помощью электронной схемы таким образом, чтобы металлический предмет как бы парил на некотором расстоянии от электромагнита. За положением предмета в пространстве следит оптическая пара, которая состоит из инфракрасного фото и светодиодов. Если объект поднимается слишком высоко, то фотодиод будет менее освещен-ток через обмотку электромагнита уменьшится и его сила притяжения также уменьшится. Если объект опустится слишком низко, фотодиод будет более освещенным, ток через обмотку электромагнита увеличивается, и его сила притяжения увеличится.
Рис. 1 Схема устройства электромагнитной левитации
В схема управления устройства магнитной левитации (рис.1) используется операционный усилитель (ОУ) 1458 или 4558 и мощный MOSFET с теплоотводом. Опорное напряжение снимается с делителя R3-R4 и подается на неинвертирующий вход 3 ОУ. Контролируемое напряжение подается с делителя R2-VD2 на вход 2 ОУ. При небольшом изменении напряжения на R2-VD2 появляется сигнал рассогласования, который многократно, усиливается и изменяет напряжение на транзисторе VT1.
Электромагнит можно намотать на каркасе большого старого реле. Катушка содержит 1200 витков провода диаметром 0,4-0,5 мм. Железный сердечник имеет диаметр 8-10 мм.
Особых критериев для используемого фотодиода нет, можно использовать ту модель, которая есть у вас под рукой. Но т. к, их характеристики разнятся, резистором R1 настраивают четкую работу схемы при данных параметрах фотодиода.
Если у вас возникнут проблемы с устойчивостью работы устройства (объект вибрирует),то, возможно, потребуется изменить постоянную времени контура. Для этого необходимо экспериментально подобрать номинал конденсатора С1, от 22 мкф до 1мкф, пока цепь не станет работать устойчиво.
Самодельный левитрон
Если вы являетесь постоянным читателем данного сайта, то наверняка помните статью о самодельном левитроне , который с помощью магнитного поля создаваемого электромагнитом может удерживать металлические предметы в воздухе. В данной статье хочу вас познакомить с еще одним вариантом левитрона, магнитное поле которого создается с помощью постоянных магнитов, а левитирующим предметом будет волчок с неодимовым магнитом. Видео инструкция — как сделать левитрон своими руками. Большие магниты можно снять с динамиков от телевизора, муз.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Левитрон своими руками
- Устройство левитации своими руками
- Самодельный левитрон
- Глобус левитрон — идея малого бизнеса
- Левитирующий ночник
- Левитрон на постоянных магнитах своими руками
- Магнитная левитация на постоянных магнитах: идеи и опыты
- Как сделать левитрон на датчике холла своими силами
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Самодельный левитрон
Левитрон своими руками
На сайте продавца доступен «Онлайн консультант». Для перехода на сайт нажмите «В магазин». На сайте продавца доступен бесплатный номер На сайте продавца доступен «Заказ в один клик». В категории: Левитроны — купить по выгодной цене, доставка: Калининград, скидки! Каталог Товаров. Показано из товаров. Детские товары Игрушки Разные игрушки Левитроны. Левитроны в Калининграде — Левитирующий волчок на магнитной подушке левитрон.
Онлайн консультант На сайте продавца доступен «Онлайн консультант». Бесплатный номер 8 Заказ в один клик На сайте продавца доступен «Заказ в один клик». Мендосинский мотор «Летучая мышь». Мендосинский мотор «Hexagon-2». Доставка: Калининград. Курьерская доставка, Почта России, Самовывоз. Интернет магазин okey-sale. Глобус — Левитрон диаметр 15 см OffGroup. Левитационный горшок LePlant Wood венге для растений.
Курьерская доставка, Почта России, Транспортная компания, Самовывоз. Mendocino Motor «Blade» red. Левитационный глобус левитрон Dсм светящийся RGB. Мендосинский мотор «Сlassic-2». Антигравитационный глобус «Левитрон», синий. Мендосинский мотор «Octagon». Антигравитационный глобус «Левитрон», золотой. Левитрон простой красно-белый магнитный. Левитационный глобус левитрон Dсм светящийся.
Мендосинский мотор «Сlassic». Мендосинский мотор «Hexagon». Настольный левитирующий глобус Левитрон, цвет — белый. Электромеханический конструктор «Левитирующий двигатель». Настольный левитирующий глобус Левитрон, цвет — синий. Левитирующая фото-рамка Сердце.
Устройство левитации своими руками
Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Подскажите или скажите как склеивать термомозайку? Приведите, пожалуйста, пример из этого текста, аргументируя его. На тему «Призвание» 1 ставка. Вы бывает что гримируетесь?
Собрал левитрон на катушках индуктивности и датчике холла. Обеспечил возможность медленного вращения и подсветки без батарей.
Самодельный левитрон
Действие левитрона основано на трех основных физических законах: законе всемирного тяготения, законе взаимодействия магнитных полей и втором законе Ньютона. Левитрон представляет собой маленький магнитный волчок, который раскручивается и вращается над специальной магнитной коробкой. С точки зрения классической физики невозможно добиться устойчивости двух отталкивающихся магнитов, один из которых плавает над другим. Специалисты же из Fascinations объясняют, что им удалось найти исключение из правил. Точнее, его нашёл изобретатель Рой Хэрриген Roy M. Harrigan и запатентовал в мае года. Как вы догадались, вращение удерживает верхний магнит от опрокидывания.
Глобус левитрон — идея малого бизнеса
Войти на сайт. Чужой компьютер. Забыли пароль? Популярное на сайте:. Последние комментарии:.
Левитроном, как известно, называют волчок, вращающийся в воздухе над коробкой, в которой действует источник магнитного поля.
Левитирующий ночник
Отправить комментарий. Как сделать левитрон своими руками. Популярные игрушки левитрон, наглядно демонстрирующие эффект невесомости, основаны на физическом принципе магнитного поля, которое позволяет удерживать небольшие предметы в воздухе. Многие хотели бы иметь такую игрушку, но наша промышленность их пока не выпускает, а импортные игрушки стоят достаточно дорого — около 35 долларов, плюс еще достаточно большая проблема их достать. Поэтому можно попробовать сделать левитрон своими руками. Есть два способа изготовления самодельного левитрона:.
Левитрон на постоянных магнитах своими руками
Are you having trouble finding a specific video? Then this page will help you find the movie you need. We will easily process your requests and give you all the results. No matter what you are interested in and what you are looking for, we will easily find the necessary video, no matter what direction it would be. If you are interested in modern news, we are ready to offer you the most current news reports in all directions. The results of football matches, political events or global, global problems.
Автор пина:hasan christ ihs turkey. Находите и прикалывайте свои пины в Pinterest!.
Магнитная левитация на постоянных магнитах: идеи и опыты
На сайте продавца доступен «Онлайн консультант». Для перехода на сайт нажмите «В магазин». На сайте продавца доступен бесплатный номер На сайте продавца доступен «Заказ в один клик».
Как сделать левитрон на датчике холла своими силами
Идея данной радиолюбительской конструкции — левитрон достаточно проста. С помощью электромагнитной силы поднимаем в воздух небольшой кусочек магнитного материала, а для того, чтобы получился заворачивающийся парящий эффект, осуществляется поднятие и опускание объекта в очень ебольшом диапазоне высот, но с высокой частотой. Для сборки этого варианта левитрона вам понадобятся всего лишь семь радио элементов, включая катушку индуктивности. Схема устройства показана на рисунке ниже. Кроме катушки индуктивности нам потребуется полевой транзистор, например, IRFZ44N, диод HER или более распространенный 1n, сопротивления номиналами 1 КОм и Ом и конечно датчик Холла типа A, а также индикаторный светодиод. Индуктивность можно намотать самостоятельно всего-то витков , для этого необходимо 20 метров провода диаметром 0.
Это мысль, но Если не хочешь перейди из разряда колдуна на уровень «Волшебника», то придется потерпеть.
Однажды у меня возникла навязчивая идея подвесить предмет в воздухе за счёт лишь одного магнитного поля. И хотя теорема Ирншоу доказывает, что, используя только магниты невозможно удержать объект в гравитационном поле, с помощью дополнительных механизмов корректировки такая левитация возможна. Конечно, самый простой в реализации способ корректировки — использование гироскопических сил. Но он не интересен в виду ограниченного времени висения. Поэтому было решено использовать для корректировки датчики Холла, определяющие смещения левитирующего магнита от положения неустойчивого равновесия и электромагниты для возврата его в точку равновесия.
Собрал левитрон на катушках индуктивности и датчике холла. Обеспечил возможность медленного вращения и подсветки без батарей и проводов. Нетрудно заставить левитировать объект в воздухе с помощью небольшой катушки, датчика холла и Arduino с очень простой программой. Куда сложнее заставить ее устойчиво держать равновесие.
Левитирующий волчок своими руками
Эффект левитации многим кажется фантастикой. Несмотря на развитие современных технологий, сложно представить, что возможно компенсировать силу тяжести. Однако это вполне можно сделать, если купить магниты и воспользоваться наработками американской компании Fascinations Toys and Gifts. Ей удалось создать уникальную игрушку — волчок, который, вращаясь, взлетает над основой на несколько сантиметров. На чём основана его работа?
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Levitron — антигравитационная игрушка для взрослых
- Левитрон на постоянных магнитах своими руками
- Как сделать левитрон своими руками
- Если купить магниты, можно создать левитрон
- Магнитная левитация своими руками
- Левитирующая платформа своими руками. Аналоговый левитрон на шим
- Левитрон (летающий волчок)
- Как сделать левитирующий магнит?
- Левитрон на постоянных магнитах своими руками
- 3 прикольных научных игрушки в вакууме: будут ли работать вечно?
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Простейшая магнитная левитация
Levitron — антигравитационная игрушка для взрослых
Однажды у меня возникла навязчивая идея подвесить предмет в воздухе за счёт лишь одного магнитного поля. И хотя теорема Ирншоу доказывает, что, используя только магниты невозможно удержать объект в гравитационном поле, с помощью дополнительных механизмов корректировки такая левитация возможна. Конечно, самый простой в реализации способ корректировки — использование гироскопических сил.
Но он не интересен в виду ограниченного времени висения. Поэтому было решено использовать для корректировки датчики Холла, определяющие смещения левитирующего магнита от положения неустойчивого равновесия и электромагниты для возврата его в точку равновесия.
Краткое гугление привело меня на форум радиокота, где, как оказалось, группа энтузиастов активно обсуждала реализацию подобных схем коррекции. Я решил не изобретать велосипед и собрать уже разработанную ими схему:. Принцип действия её прост. Когда левитирующий магнит смещается от положения равновесия, возникает изменение конфигурации магнитного поля, приводящее к возникновению разного напряжения на выходах датчиков Холла SSA.
Каждый датчик Холла выдает сигнал на два дифференциально включённых операционных усилителя LM , на прямой вход одного и инвертирующий другого. Напряжение с ОУ идёт на затворы mosfet транзисторов IRF , управляющих током через электромагниты.
В результате электромагниты изменяют магнитное поле так, что левитирующий магнит возвращается назад в точку неустойчивого равновесия. То есть по факту магнит не висит, а совершает колебания вблизи точки равновесия с большой частотой и малой амплитудой. Рисунок платы я подглядел там же. Так что вооружившись текстолитом, лазерным принтером и термопрессом я приступил к её изготовлению:.
Электромагниты я нашёл в шаговом двигателе старого FDD 5. Они оказались чуть больше по размеру, чем я ожидал.
Приклеил их на двухстороннем скотче. В процессе тестирования и отладки левитроном крайне заинтересовался мой кот. И если сначала он лишь наблюдал со стороны, то потом…. Он осмелился подойти ближе.
И через десяток секунд с силой ударил лапой по тигрёнку, что привело к его падению на подставку и расколу одного из магнитов…. Так что я решил сделать защитный корпус из фанеры.
Склеил термоклеем кроме крышки, она держится на трении. В плате засверлил пару отверстий для крепления в корпусе. Получилось вот так:. Левитрон на Geek Picnic Санкт-Петербург.
Часть магнитов вынес наружу для красоты, накрыл тигра колбой для сохранности. В последствии, корпус покрыл лаком, приклеил резиновые ножки, а датчики Холла для защиты от случайных сгибаний закрыл пластиковым куполом см. Сегодня ко мне на разделочный стол попал интересный девайс, а именно левитрон.
Симптомы простые, не левитирует лампа. Собственно на фото видно как должно быть, ну или почти «лампа должна светиться». Но обо всём по порядку. Вскрываем мы интересную коробочку чтобы добраться до внутренностей прибора павшего смертью храбрых:. Здесь мы остановимся и поподробнее изучим сию конструкцию. Коннектор что расположен в левом верхнем углу рядом с радиатором питает схему с одним контроллером который отвечает за беспроводную передачу энергии для свечения лампы, по аналогии с беспроводными зарядками в наших гаджетах.
В верхней части платы находятся транзисторы для управления электромагнитами которые не дают лампе, ну или левитирующему магниту сдвинуться с точки баланса. По центру платы белая «штучка» защита от перегрева которая срабатывает на 60 градусах. По бокам ещё транзисторы, но они нам пока не особо интересны. Остановимся на микросхемах. Две что по краям и расположенные симметрично, операционные усилители LM, одна расположенная между подстроечных резисторов синие прямоуголные детали драйвер CDBM.
Остальное не особо интересно в данном контексте. С обратной стороны ещё находятся датчики магнитного поля, фиг знает может и герконы конечно, но маловероятно, ибо ток менялся в зависимости от приближения магнита. Ну и собственно в сборе — это плата с системой электромагнитов, кстати вот они:.
Как многим известно, ремонт начинается с диагностики. Но блин, как диагностировать то чего раньше в руках не держал Начнем с того что потрогаем нашу плату на предмет нагревающихся деталей. И тут же находим подозрительно горячий операционник, забегая вперед скажу что не только он был виноват.
Корявое фото в студию!!! Процесс установки на место не снял, хотелось проверить побыстрее. И как выяснилось ничего не заработало. Потом пришлось разобраться как всё таки это работает. Два других упорно не хотели работать. На удачу решил заменить второй операционник, магниты включились, но никак не хотели выключаться. А ток между прочим на включенных магнитах ну то есть двух составляет полтора ампера, а блок питания всего на полтора.
Значит работает не так как надо. Дальше была замена драйвера CD, так как входы операционника второго вели именно к нему. После замены ток покоя составил порядка 80 миллиампер. Восстановив работоспособность, решил нормально зарепить магнит находящийся в основании, так как при перекашивании онного и установке сверху лампы система бесконечно пытается её выровнять и перегревается.
Пролил вокруг грячим клеем и всё стало великолепно. Всем удачных ремонтов, ну и как обычно, чукча не писатель моё дело паяльником вещи заставлять работать. Появилось немного свободного времени и с Али пришли магниты. Вспомнил попадавшиеся на глаза видео прикольной штуки «Мендосинский мотор».
На солнце эта штука крутится очень быстро на моём канале есть видео этого , от обычной лампы накаливания Вт, если близко поднести тоже шпарит шустро. От светодиодной слабее. Подумав, приделал ещё съёмную панельку с 5-ю светодиодами и гнездом для подключения 5 вольтового БП, чтобы крутилась штука даже при полном отсутствии внешнего освещения.
Я просто не понимаю, можно реально получить патент за вещь, которая была давно сделана, ведь он просто приделал мыло к левитрону запатентован в ? Подросток с Таймыра подал заявку на получение патента на изобретение: он придумал необычную мыльницу на магнитах.
Свою разработку, которая должна облегчить быт всем любителям чистых рук, он представляет сейчас на международной выставке в Индонезии. К идее создания «летающего» мыла школьник пришел сам: ему не нравилось, что в обычной мыльнице оно часто размокает.
Мальчик подумал, что решить эту проблему можно, если мыло вообще не будет касаться емкости, в которой хранится. Он взял два мощных магнита, один из которых прикрепил к самому мылу, второй — к подставке. Разные полюса отталкиваются друг от друга — так достигается эффект левитации, мыло как бы парит в воздухе.
Как рассказал юный конструктор Глеб Воронов в интервью телеканалу «Вести. Ямал», он надеется найти инвесторов, которые смогут вложить средства в его изобретение. Где-то проседает оптимизация, где-то для лучшего игрового опыта важны определенные технологии. Чтобы во всем разобраться, нужно прошерстить массу источников, посмотреть результаты тестов — но мы уже все сделали для вас.
Просто выбирайте игру и смотрите, какое устройство вас гарантированно не разочарует. Заходите на страницу проекта и смотрите сами, там много интересного. Поиск Теги. Но без тегов. Тип постов. Период времени. Постоянные магниты для подставки и левитирующую фишку заказал в интернете. Первый пуск! Полёт нормальный! Грузоподъёмности вполне хватило что бы поднять фигурку тигрёнка. Всем спасибо, кто дочитал! Надеюсь, кому-нибудь пригодится. Левитрон Магнитное поле Волчок Гифка.
Видео Физика Левитрон Левитация Своими руками. Левитрон Гифка. Доброго времени суток уважаемые пикабушники! Внутри нас встречает печатная плата с некоторым количеством не затейливых компонентов:. Ну и напоследок небольшое видео в «работе». А чуть раньше сделал более простую модель левитрона. Если успею до начала нового учебного года, сделаю другую модель левитрона, поинтереснее.
Видео кратко в тексте: Таймырский подросток придумал «летающее» мыло. Левитрон Магнитное поле Волчок.
Левитрон на постоянных магнитах своими руками
Levitron — антигравитационная игрушка для взрослых На просьбу подарить вам на Новый год антигравитацию Дед Мороз не должен отвечать «Миссия невыполнима». Услышите такой ответ, знайте — Дед поддельный. Есть в Сиэтле компания под предобрым названием «Очаровательные игрушки и подарки» Fascinations Toys and Gifts. Очарование её продукции в том, что поначалу она кажется нереальной.
Your browser does not currently recognize any of the video formats available. Click here to visit our frequently asked questions about HTML5 video.
Как сделать левитрон своими руками
Бесконтактные бейджи, безмонтажные крепления, поисковые устройства — это далеко не все, что можно сделать из неодимовых магнитов. Этот уникальный материал в настоящий момент сохраняет за собой статус самого сильного магнетика, известного человечеству. Благодаря уникальным параметрам долговечности и магнитной силы сплав неодима, железа и бора становится самым компактным, долговечным и надежным источником сильнейшего магнитного поля. Практически единственное ограничение для использования этого материала — слабость к нагреву. Неодимовые магниты хорошо противостоят размагничиванию вследствие воздействия внешних магнитных полей от сильных источников. Вместе с их длительным сроком службы и высокой магнитной силой это обеспечивает широкое применение материала в таких отраслях:. Магниты неодимовые круглые и прямоугольные — это неотъемлемый элемент современного электромагнитного оборудования, используемого в диагностике, профилактике и лечении различных заболеваний. В частности, такие изделия необходимы для работы магнитно-резонансных томографов и многих других приборов.
Если купить магниты, можно создать левитрон
В некоторых продвинутых магазинах можно увидеть стенды с рекламой, на которых показываются интереснейшие эффекты, когда какая-то вещь с витрины или предмет с изображением бренда левитирует. Иногда добавляется вращение. Но такую установку вполне по силам сделать даже человеку без особого опыта в самоделках. Для этого нужен неодимовый магнит, который можно найти в запчастях от компьютерной техники.
Сегодня ко мне на разделочный стол попал интересный девайс, а именно левитрон. Симптомы простые, не левитирует лампа.
Магнитная левитация своими руками
Услышите такой ответ, знайте — Дед поддельный. Очарование её продукции в том, что поначалу она кажется нереальной. Правда, в отличие от фокусников, создатели необычных сувениров охотно раскрывают свои секреты. Перед нами нечто вроде пепельницы будем называть её основой над которой висит в воздухе и крутится волчок. Антигравитационный такой приборчик. Вы берёте в руку идущую в комплекте пластину и держите её над основой.
Левитирующая платформа своими руками. Аналоговый левитрон на шим
Войдите , пожалуйста. Хабр Geektimes Тостер Мой круг Фрилансим. Мегапосты: Криминальный квест HR-истории Путешествия гика. Войти Регистрация. Левитрон Энергия и элементы питания Одна из самых популярных и увлекательных магнитных игрушек это конечно левитрон. А вот что можно сделать самому на скорую руку из простых кольцевых магнитов А здесь видно используются редкоземельные магниты они помощнее обычных Ну это просто супер девайс, а главное работает и есть не просит Интересно, а есть ли вечный двигатель на постоянных магнитах? Аэта штука поди еще и вращается при включенной лампочке, не зря на ней солнечные батареи навешаны. Источник бесперебойного питания на источнике бесперебойной подачи информации Читайте на Хабре.
Your browser does not currently recognize any of the video formats available. Click here to visit our frequently asked questions about HTML5 video.
Левитрон (летающий волчок)
Если вы являетесь постоянным читателем данного сайта, то наверняка помните статью о самодельном левитроне , который с помощью магнитного поля создаваемого электромагнитом может удерживать металлические предметы в воздухе. В данной статье хочу вас познакомить с еще одним вариантом левитрона, магнитное поле которого создается с помощью постоянных магнитов, а левитирующим предметом будет волчок с неодимовым магнитом. Видео инструкция — как сделать левитрон своими руками. Большие магниты можно снять с динамиков от телевизора, муз.
Как сделать левитирующий магнит?
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Этот волчок может крутиться несколько дней! Но как?
Приветствую, друзья! В сегодняшнем материале я подобрал для вас не только потрясающие научные игрушки, которые будут интересны и детям и взрослым, но и решил показать классные эксперименты с ними. Физика объясняет всё таинство вселенной, а игрушки помогают наблюдать многие её законы. Ну что, поехали! Эта научная игрушка набирает всё большую популярность в мире.
Если вы являетесь постоянным читателем данного сайта, то наверняка помните статью о самодельном левитроне , который с помощью магнитного поля создаваемого электромагнитом может удерживать металлические предметы в воздухе.
Левитрон на постоянных магнитах своими руками
Будучи в раскрученном состоянии, магнитный волчок массой около 20 граммов может зависнуть над системой постоянных магнитов. Волчок — обычный кольцевой магнит, с осью, перпендикулярно проходящей через самый центр симметрии. Магнит в подставке — это тоже кольцо, только большего диаметра. Форма магнитного поля обусловлена сочетанием этих двух размеров. Над центром большого магнита на некотором расстоянии образуется потенциальная яма, то есть зона, магнитное поле в центре которой немного слабее чем у краев. Именно это и не дает волчку отклониться от центра подставки. Размер этой зоны определяет вес, магнитное поле волчка, и место, где данное явление возможно.
3 прикольных научных игрушки в вакууме: будут ли работать вечно?
Сайт помогает найти что-нибудь интересное в огромном ассортименте магазинов и сделать удачную покупку. Если Вы купили что-то полезное, то, пожалуйста, поделитесь информацией с другими. Также у нас есть DIY сообщество , где приветствуются обзоры вещей, сделанных своими руками.
Магнитная левитация — что это такое и как это возможно. Левитрон с управляемым подвесом своими руками Как самому сделать электро магнитный левитирующий механизм
Левитация (от лат. levitas «легкость, легковесность») — физическое явление, при котором предмет без видимой опоры пари́т в пространстве, не касаясь твёрдой поверхности. Люди часто связывают это явление с магией, привидениями, НЛО и прочими невероятных явлениями.
С другой стороны, левитация относительно простое физическое явление для металлических предметов, находящихся в магнитном поле.
Предлагаю вам ознакомиться с устройством, предназначенным для левитации металлических предметов . Принцип работы прост. Для того, чтобы предмет мог висеть в пространстве, вместо постоянного магнита надо использовать электромагнит, управляемый с помощью электронной схемы таким образом, чтобы металлический предмет как бы парил на некотором расстоянии от электромагнита. За положением предмета в пространстве следит оптическая пара, которая состоит из инфракрасного фото и светодиодов. Если объект поднимается слишком высоко, то фотодиод будет менее освещен-ток через обмотку электромагнита уменьшится и его сила притяжения также уменьшится. Если объект опустится слишком низко, фотодиод будет более освещенным, ток через обмотку электромагнита увеличивается, и его сила притяжения увеличится.
Рис. 1 Схема устройства электромагнитной левитации
В схема управления устройства магнитной левитации (рис.1) используется операционный усилитель (ОУ) 1458 или 4558 и мощный MOSFET с теплоотводом. Опорное напряжение снимается с делителя R3-R4 и подается на неинвертирующий вход 3 ОУ. Контролируемое напряжение подается с делителя R2-VD2 на вход 2 ОУ. При небольшом изменении напряжения на R2-VD2 появляется сигнал рассогласования, который многократно, усиливается и изменяет напряжение на транзисторе VT1.
Электромагнит можно намотать на каркасе большого старого реле. Катушка содержит 1200 витков провода диаметром 0,4-0,5 мм. Железный сердечник имеет диаметр 8-10 мм.
Особых критериев для используемого фотодиода нет, можно использовать ту модель, которая есть у вас под рукой. Но т. к, их характеристики разнятся, резистором R1 настраивают четкую работу схемы при данных параметрах фотодиода.
Если у вас возникнут проблемы с устойчивостью работы устройства (объект вибрирует),то, возможно, потребуется изменить постоянную времени контура. Для этого необходимо экспериментально подобрать номинал конденсатора С1, от 22 мкф до 1мкф, пока цепь не станет работать устойчиво.
На идею этого урока натолкнул проект краудфандинговой платформы Kickstarter под названием «Air Bonsai», действительно красивый и загадочный, который сделали японцы.
Но любая загадка может быть объяснена, если посмотреть внутрь. Фактически это магнитная левитация, когда есть объект, левитирующий сверху, и электромагнит, контролируемый схемой. Давайте попробуем вместе реализовать этот загадочный проект.
Мы выяснили, что схема устройства на Кикстартере была довольно сложной, без какого-либо микроконтроллера. Не было возможности найти её аналоговую схему. На самом деле, если посмотреть более внимательно, принцип левитации довольно прост. Нужно сделать магнитную деталь, «плавающую» над другой магнитной деталью. Основная дальнейшая работа заключалась в том, чтобы левитирующий магнит не падал.
Было также предположение, что сделать это с Arduino на самом деле намного проще, чем пытаться понять схему японского устройства. На самом деле всё оказалось намного проще.
Магнитная левитация состоит из двух частей: базовой части и плавающей (левитирующей) части.
Основание
Эта часть находится внизу, которая состоит из магнита для создания круглого магнитного поля и электромагнитов для управления этим магнитным полем.
Каждый магнит имеет два полюса: север и юг. Эксперименты показывают, что противоположности притягиваются и одинаковые полюса отталкиваются. Четыре цилиндрических магнита помещаются в квадрат и имеют одинаковую полярность, образуя круглое магнитное поле вверх, чтобы вытолкнуть любой магнит, который имеет один и тот же полюс между ними.
Есть четыре электромагнита вообще, они помещены в квадрат, два симметричных магнита — пара, и их магнитное поле всегда противоположно. Датчик Холла и цепь управляют электромагнитами. Создаем противоположные полюса на электромагнитах током через них.
Плавающая деталь
Деталь включает в себя магнит, плавающий над основанием, который может нести небольшой горшок с растением или другие предметы.
Магнит сверху поднимается магнитным полем нижних магнитов, потому что они с одинаковыми полюсами. Однако, как правило, он склоняется к падению и притягиванию друг к другу. Чтобы предотвратить переворот и падение верхней части магнита, электромагниты создадут магнитные поля, чтобы толкать или тянуть, дабы сбалансировать плавающую часть, благодаря датчику Холла. Электромагниты управляются двумя осями X и Y, в результате чего верхний магнит поддерживается сбалансированным и плавающим.
Контролировать электромагниты нелегко, требуется ПИД-регулятор, который подробно обсуждается на следующем шаге.
Шаг 2: ПИД-регулятор (PID)
Из Википедии: «Пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор — устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально разности входного сигнала и сигнала обратной связи (сигнал рассогласования), второе — интеграл сигнала рассогласования, третье — производная сигнала рассогласования. «
В простом понимании: «ПИД-регулятор вычисляет значение «ошибки» как разность между измеренным [Входом] и желаемой установкой. Контроллер пытается свести к минимуму ошибку, отрегулировав [выход]».
Итак, вы указываете PID, что измерить (Вход), какое значение вы хотите и переменную, которая поможет иметь это значение на выходе. Далее ПИД-регулятор настраивает выходной сигнал, чтобы сделать вход равным установке.
Для примера : в автомобиле у нас три значения (Вход, Установка, выход) будут — скорость, желаемая скорость и угол педали газа, соответственно.
В данном проекте:
- Вход представляет собой текущее значение в реальном времени от датчика холла, которое обновляется непрерывно, поскольку положение плавающего магнита будет меняться в реальном времени.
- Заданное значение — это значение от датчика холла, которое измеряется, когда плавающий магнит находится в положении баланса, в центре основания магнитов. Этот индекс фиксирован и со временем не изменяется.
- Выходной сигнал — скорость для управления электромагнитами.
Стоит поблагодарить сообщество любителей Arduino, которое написало PID-библиотеку и которая очень проста в использовании. Дополнительная информация об Arduino PID есть на официальном сайте Arduino . Нам нужно использовать пару ПИД-регуляторов под Arduino, один для оси X и другой для оси Y.
Шаг 3: Комплектующие
Список комплектующих для урока получается приличным. Ниже приведен список компонентов, которые вы должны купить для этого проекта, убедитесь, что у вас есть все перед запуском. Некоторые из компонентов очень популярны, и, вероятно, вы найдете их на своем собственном складе или дома.
Шаг 4: Инструменты
Вот список инструментов, наиболее часто используемых:
- Паяльник
- Ручная пила
- Мультиметр
- Дрель
- Осциллограф (по желанию, можете использовать мультиметр)
- Настольное сверло
- Горячий клей
- Плоскогубцы
Шаг 5: LM324 Op-amp, L298N драйвер и SS495a
LM324 Op-amp
Операционные усилители (op-amp) являются одними из наиболее важных, широко используемых и универсальных схем, используемых сегодня.
Мы используем операционный усилитель для усиления сигнала от датчика Холла, цель которого — увеличить чувствительность, чтобы ардуино легко распознало изменение магнитного поля. Изменение нескольких мВ на выходе датчика холла, после прохождения усилителя может измениться на несколько сотен единиц в Arduino. Это необходимо для обеспечения плавного и стабильного функционирования ПИД-регулятора.
Обычным операционным усилителем, который мы выбрали, является LM324, это дешево, и вы можете купить его в любом магазине электроники. LM324 имеет 4 внутренних усилителя, которые позволяют гибко его использовать, однако в этом проекте нужны только два усилителя: один для оси X, а другой для оси Y.
Модуль L298N
Двойной H-мост L298N обычно используется для управления скоростью и направлением двух двигателей постоянного тока или с легкостью управляет одним биполярным шаговым двигателем. L298N может использоваться с двигателями с напряжением от 5 до 35 В постоянного тока.
Существует также встроенный регулятор 5V, поэтому, если напряжение питания до 12 В, вы также можете подключить источник питания 5 В от платы.
В этом проекте использован L298N для управления двумя парами катушек электромагнита и использован выход 5 В для питания Arduino и датчика холла.
Распиновка модулей:
- Out 2: пара электромагнитов X
- Out 3: пара электромагнитов Y
- Входное питание: вход постоянного тока 12 В
- GND: Земля
- Выход 5v: 5v для датчиков Arduino и холла
- EnA: Включает сигнал PWM для выхода 2
- In1: Включить для выхода 2
- In2: Enable for Out 2
- In3: Включить для выхода 3
- In4: Включить для выхода 3
- EnB: Включает PWM-сигнал для Out3
Подключение к Arduino: нам нужно удалить 2 перемычки в контактах EnA и EnB, затем подключить 6 контактов In1, In2, In3, In4, EnA, EnB к Arduino.
SS495a Датчик Холла
SS495a — это линейный датчик Холла с аналоговым выходом. Обратите внимание на разницу между аналоговым выходом и цифровым выходом, вы не можете использовать датчик с цифровым выходом в этом проекте, он имеет только два состояния 1 или 0, поэтому вы не можете измерить выход магнитных полей.
Аналоговый датчик приведет к диапазону напряжений от 250 до Vcc, который вы можете прочитать с помощью аналогового входа Arduino. Для измерения магнитного поля в обеих осях X и Y требуются два датчика холла.
Шаг 6: Неодимовые магниты NdFeB (неодим-железо-бор)
Из Википедии: «Неодим — химический элемент, редкоземельный металл серебристо-белого цвета с золотистым оттенком. Относится к группе лантаноидов. Легко окисляется на воздухе. Открыт в 1885 году австрийским химиком Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Используется как компонент сплавов с алюминием и магнием для самолёто- и ракетостроения.»
Неодим — это металл, который является ферромагнитным (в частности, он показывает антиферромагнитные свойства), что означает, что подобно железу его можно намагнитить, чтобы он стал магнитом. Но его температура Кюри составляет 19К (-254 ° С), поэтому в чистом виде его магнетизм проявляется только при чрезвычайно низких температурах. Однако соединения неодима с переходными металлами, такими как железо, могут иметь температуры Кюри значительно выше комнатной температуры, и они используются для изготовления неодимовых магнитов.
Сильный — это слово, которое используют для описания неодимового магнита. Вы не можете использовать ферритовые магниты, потому что их магнетизм слишком слаб. Неодимовые магниты намного дороже ферритовых магнитов. Маленькие магниты используются для основы, большие магниты для плавающей/левитирующей части.
Внимание ! Вам нужно быть осторожным при использовании неодимовых магнитов, так как их сильный магнетизм может навредить вам, или они могут сломать данные вашего жесткого диска или других электронных устройств, на которые влияют магнитные поля.
Совет ! Вы можете отделить два магнита, потянув их в горизонтальное положение, вы не сможете отделить их в противоположном направлении, потому что их магнитное поле слишком сильное. Они также очень хрупкие и легко ломаются.
Шаг 7: Готовим основание
Использовали небольшой терракотовый горшок, который обычно используется для выращивания суккулента или кактуса. Вы также можете использовать керамический горшок или деревянный горшок, если они подходят. Используйте сверло диаметром 8 мм, чтобы создать отверстие в нижней части горшка, которое используется для удерживания гнезда постоянного тока.
Шаг 8: 3D-печать плавающей части
Если у вас есть 3D-принтер — здорово. У вас есть возможность сделать все с помощью него. Если принтера нет — не отчаивайтесь, т.к. вы можете использовать дешевую услугу 3D-печати, которая сейчас очень популярна.
Для лазерной резки файлы также в архиве выше — файл AcrylicLaserCut.dwg (это autocad). Акриловая деталь используется для поддержки магнитов и электромагнитов, остальные — для покрытия поверхности терракотового горшка.
Шаг 9: Подготовка SS495a модуля датчика Холла
Вырежьте макет PCB на две части, одну часть, чтобы прикрепить датчик холла, а другой — к цепи LM324. Прикрепите два магнитных датчика перпендикулярно печатной плате. Используйте тонкие провода для соединения двух штырей датчиков VCC вместе, сделайте то же самое с контактами GND. Выходные контакты отдельно.
Шаг 10: Цепь Op-amp
Припаяйте гнездо и резисторы к печатной плате, следуя схеме, обратив внимание на то, чтобы поместить два потенциометра в одном направлении для более легкой калибровки позже. Присоедините LM324 к гнезду, затем подключите два выхода модуля датчиков холла к цепи op-amp.
Два выходных провода LM324 подключите к Arduino. Вход 12 В с входом 12 В модуля L298N, выход 5 В модуля L298N к 5V потенциометра.
Шаг 11: Сборка электромагнитов
Соберите электромагниты на акриловый лист, они закреплены в четырех отверстиях вблизи центра. Затяните винты, чтобы избежать движения. Поскольку электромагниты симметричны по центру, они всегда находятся на полюсах напротив, так что провода на внутренней стороне электромагнитов соединены вместе, а провода на внешней стороне электромагнитов подключены к L298N.
Протяните провода под акриловым листом через соседние отверстия, чтобы подключиться к L298N. Медный провод покрыт изолированным слоем, поэтому вы должны удалить его ножом, прежде чем вы сможете припаять их вместе.
Шаг 12: Сенсорный модуль и магниты
Используйте горячий клей для фиксации модуля датчика между электромагнитами, обратите внимание, что каждый датчик должен быть квадратным с двумя электромагнитами, один на передней и другой на задней панели. Попробуйте выполнить калибровку двух датчиков как можно более централизованно, чтобы они не перекрывались, что сделает датчик наиболее эффективным.
Следующий шаг — собрать магниты на акриловой основе. Объединяя два магнита D15*4 мм и магнит D15*3 мм вместе, чтобы сформировать цилиндр, это приведет к тому, что магниты и электромагниты будут иметь одинаковую высоту. Соберите магниты между парами электромагнитов, обратите внимание, что полюса восходящих магнитов должны быть одинаковыми.
Шаг 13: Разъем питания постоянного тока и выход L298N 5V
Припаяйте гнездо питания постоянного тока двумя проводами и используйте термоусадочную трубку. Подключенный разъем питания постоянного тока к входу модуля L298N, его выход 5 В будет подавать питание на Arduino.
Шаг 14: L298N и Arduino
Подключите модуль L298N к Arduino, следуя приведенной выше схеме:
L298N → Ардуино
5V → VCC
GND → GND
EnA → 7
В1 → 6
В2 → 5
В3 → 4
В4 → 3
EnB → 2
Шаг 15: Arduino Pro Mini программер
Поскольку у Arduino pro mini нет USB-порта для последовательного порта, вам необходимо подключить внешний программатор. FTDI Basic будет использоваться для программирования (и питания) Pro Mini.
История создания данного устройства началась еще в далеком 2016 году. Тогда автор наткнулся на статью «МозгоЧинов», и всей душой загорелся повторить данное устройство.
Но не все так легко. Собрать именно такой вариант у автора не было возможности. Тогда он стал искать альтернативу и нашел такую на «РадиоКоте».
Скачал печатку, начал травить, а потом собирать устройство.
Но в конце концов все обломалось. Спустя полгода, может чуть больше, автор стал осваивать Ардуино. И ему в голову пришла идея сделать левитрон на ней. С новыми силами он бросился в бой, но опять разочарование. Много бессонных ночей в написании кода, и сборке прошли зря. Левитирующий магнит все никак не хотел зависать, его дергало из стороны в сторону и все тут.
Спустя еще какое-то время автор наткнулся на очередную статью с полным описанием, заказал комплектующие, начал собирать, намотал новые катушки, запустил все и снова неудача. Автор начал думать, почему же левитрон не запускается и понял в чем проблема. Оказалось, что все намотанные катушки имели внутри металлическое основание, и сила с которой магнит тянулся к сердечнику превышала противодействие. Из-за этого и происходила такая лажа. В итоге автор перемотал катушки и свершилось чудо — магнит полетел.
Радости не было предела. Автор любовался своей самоделкой целый вечер. Ну это была так, предыстория, ну а теперь приступаем непосредственно к сборке. Для начала давайте ознакомимся с устройством.
Итак, в основании у нас лежат постоянные магниты, которые создают магнитное поле в виде купола. На самой его вершине находится точка равновесия, в этой точке магниты основания как бы выталкивают левитирующий магнит вверх, компенсируя силу тяжести. Но есть одно «но», эта точка крайне нестабильна, и левитирующий магнит постоянно слетает с нее.
Тут нам на помощь приходят электромагниты и датчики Холла, которые отслеживают положение магнита и как только он начинает улетать с точки, включается соответствующий электромагнит и подтягивает левитирующий магнит обратно в центр. Таким образом он совершает колебания в разные стороны, но с большой частотой, и глаз этого практически не видит.
Отлично, разобрались с теорией, переходим к практике. Мозгом схемы будет Arduino Uno.
Сперва автор хотел использовать Arduino Nano, но нечаянно спалил ее, подав не то напряжение. Силовая часть схемы — это драйвер шагового двигателя L298N.
Ну и следящая часть — это 2 датчика Холла, расположенных в центре конструкции.
Теперь давайте рассмотрим схему устройства , начнем, пожалуй, с блок схемы.
На схеме видно, что с чем соединено, теперь рассмотрим каждый блок по отдельности. Датчики Холла снабжены дополнительным усилителем на микросхеме LM324. Усиленный сигнал с Холлов поступает на аналоговый вход Ардуинки.
Следующий блок — это драйвер и катушечки. Про их намотку чуть позже, а сейчас чисто схема.
Как видим, подключается все элементарно и без особых проблем.
Теперь переходим к сборке . В качестве основания будем использовать макетную плату. Ее нужно немного уменьшить и просверлить отверстия. Расстояния между отверстиями 40мм.
После подготовки макетки займемся намоткой катушек. Как уже говорилось ранее, именно в катушках и была проблема, так как все они были с металлическим сердечником. В качестве основания возьмем колпачок для иголки шприца. Сами ограничители для катушек сделаны, как и в первых вариантах, из текстолита.
Размер катушек перед вами.
Все они мотаются в одну сторону. Количество витков 350, диаметр провода 0.44 мм. Думаю, если вносить 10, а то и 20 процентные изменение в параметры обмоток, результат не изменится.
Когда катушки готовы, устанавливаем их на плату, как и остальные части. Теперь необходимо соединить катушки по 2 штуки последовательно, таким образом, чтобы при подаче напряжения на пару катушек, одна из них притягивала, а вторая в этот момент отталкивала.
По поводу расположение датчиков Холла. Они должны быть строго на оси своих катушек. То куда они развернуты роли не играет, все будет корректироваться в настройке.
Следующий шаг — соединение всех элементов в одну цепь и прошивка Ардуино. Сам скетч и все картинки со схемами найдете в архиве проекта .
А вот после прошивки начинаются сложности. Для настройки постоянные магниты в основание ставить нельзя. Когда залили скетч в Ардуино, берем магнит, который должен левитировать и располагаем над катушками, водя рукой над тем местом где должна быть точка левитации, мы должны почувствовать сопротивление катушек.
Вот допустим, мы ведем влево, значит катушки срабатывают и тянут вправо, если тяга идет не в ту сторону, то нужно поменять местами выводы катушек на драйвере.
Теперь настало время установить магниты на плату. Магниты должны быть неодимовыми.
Вообще можно использовать и прямоугольные магниты в основании, но автор решил взять круглые, так как они дешевле и имеют отверстие для крепления. Магниты устанавливаем в пространства между катушками. Расстояние между ними по диагонали равно 5,5 см.
Теперь берем магнит, который будем подвешивать и пытаемся его расположить в центре левитации. Тут важно угадать с весом магнита. Автор делал так, брал основной магнит и на него вешал мелкие, таким образом нашел равновесие. Но магнит в центре висел не долго, его постоянно сносило в одну сторону. Тут на помощь к нам приходят подстроечные резисторы, вращая их можно смещать точку равновесия. Таким образом мы выравниваем парящий магнит. Начитался тут всяких интернетов и решил сваять свой собственный левитрон, без всяких цифровых глупостей. Сказано – сделано. Выкладываю муки творчества на всеобщее обозрение.
1.Краткое описание
Левитрон – это устройство, удерживающее объект в равновесии с силами гравитации с помощью магнитного поля. Давно известно, что невозможно левитировать объект, используя статичные магнитные поля. В школьной физике это называлось состоянием неустойчивого равновесия, насколько я помню. Однако, затратив немного желания, знаний, усилий, денег и времени, возможно левитировать объект динамически путем использования электроники в качестве обратной связи.Получилось вот что:
2.Фунциональная схема
Электро-магнитные датчики, расположенные на торцах катушки, выдают напряжение, пропорциональное уровню магнитной индукции. В случае отсутствия внешнего магнитного поля эти напряжения будут одинаковы вне зависимости от величины тока катушки.
При наличии постоянного магнита вблизи нижнего датчика блок управления будет формировать сигнал, пропорциональный полю магнита, усиливать его до нужного уровня и передавать на ШИМ для управления током через катушку. Таким образом, возникает обратная связь и катушка будет генерировать такое магнитное поле, которое будет удерживать магнит в равновесии с силами гравитации.
Что-то заумно все получилось, попробую по другому:
— Нет никакого магнита — индукция на торцах катушки одинакова — сигнал с датчиков одинаков — блок управления выдает минимальный сигнал — катушка работает на всю мощь;
— Близко поднесли магнит — индукция сильно разная — сигналы от датчиков сильно разные — блок управления выдает максимальный сигнал — катушка отключается совсем — магнит никто не держит и он начинает падать;
— Манит падает — отдаляется от катушки — разница сигналов с датчиков уменьшается — блок управления уменьшает выходной сигнал — ток через катушку увеличивается — увеличивается индукция катушки — магнит начинает притягиваться;
— Манит притягивается — приближается к катушке — разница сигналов с датчиков увеличивается — блок управления увеличивает выходной сигнал — ток через катушку уменьшается — уменьшается индукция катушки — магнит начинает падать;
— Чудо — магнит не падает и не притягивается — вернее, и падает и притягивается несколько тысяч раз в секунду — то есть возникает динамическое равновесие — магнит просто висит в воздухе.
3.Конструкция
Главным элементом конструкции является электро-магнитная катушка (соленоид), которая и удерживает своим полем постоянный магнит.На пластиковый каркас D36x48 плотно намотано 78 метров медного эмалированного провода диаметром 0.6 мм, получилось где-то 600 витков. По расчетам, при сопротивлении 4.8Ом и питании 12В, ток будет 2.5А, мощность 30Вт. Это необходимо для подбора внешнего блока питания. (По факту получилось 6.0Ом, вряд ли нарезали больше провода, скорее сэкономили на диаметре.)
Внутрь катушки вставлен стальной сердечник от дверной петли диаметром 20мм. На его торцах с помощью термоклея закреплены датчики, которые обязательно должны быть ориентированы в одинаковом направлении.
Катушка с датчиками закреплена на кронштейне из алюминиевой полосы, который, в свою очередь, крепится к корпусу, внутри которого находится плата управления.
На корпусе расположен светодиод, выключатель и гнездо питания.
Внешний блок питания (GA-1040U) взят с запасом по мощности и обеспечивает ток до 3. 2А при 12В.
В качестве левтитрующего объекта используется N35H магнит D15x5 с приклеенной банкой из под кока-колы. Сразу скажу, что полная банка не годится, поэтому тонким сверлом делаем отверстия по торцам, сливаем ценный напиток (можно выпить если не боитесь стружки) и к верхнему колечку клеим магнит.
4.Принципиальная схема
Сигналы с датчиков U1 и U2 подаются на операционный усилитель OP1/4, включенный по дифференциальной схеме. Верхний датчик U1 подключен к инвертирующему входу, нижний U2 – к неинвертирующему, то есть сигналы вычитаются, и на выходе OP1/4 получаем напряжение, пропорциональное только уровню магнитной индукции, создаваемому постоянным магнитом вблизи нижнего датчика U2.
Комбинация элементов C1,R6 и R7 является изюминкой данной схемы и позволяет достичь эффекта полной стабильности, магнит будет висеть как вкопанный. Как это работает? Постоянная составляющая сигнала проходит через делитель R6R7 и ослабляется в 11 раз. Переменная составляющая проходит через фильтр C1R7 без ослабления. Откуда вообще берется переменная составляющая? Постоянная часть зависит от положения магнита вблизи нижнего датчика, переменная часть возникает из-за колебаний магнита вокруг точки равновесия, т.е. от изменения положения во времени, т.е. от скорости. Нам интересно, чтобы магнит был неподвижен, т.е. его скорость была равна 0. Таким образом, в управляющем сигнале мы имеем две составляющих – постоянная отвечает за положение, а переменная – за стабильность этого положения.
Далее, подготовленный сигнал усиливается на OP1/3. С помощью переменного резистора P2 устанавливается необходимый коэффициент усиления на этапе настройки для достижения равновесия в зависимости от конкретных параметров магнита и катушки.
На OP1/1 собран простой компаратор, который отключает ШИМ и, соответственно, катушку, когда рядом нет магнита. Очень удобная вещь, не надо вынимать блок питания из розетки если убрали магнит. Уровень срабатывания задается переменным резистором P1.
Далее, управляющий сигнал подается на широтно-импульсный модулятор U3. Размах выходного напряжения 12В, частота выходных импульсов задается номиналами C2,R10 и P3, а скважность зависит от уровня входного сигнала на входе DTC.
ШИМ управляет переключением силового транзистора T1, а тот, в свою очередь, током через катушку.
Светодиод LED1 можно и не ставить, а вот диод SD1 нужен обязятельно, для слива лишнего тока и избежания перенапряжения в моменты выключения катушки из-за явления самоиндукции.
NL1 – это наша самодельная катушка, коей посвящен отдельный раздел.
В результате, в режиме равновесия, картина будет примерно такая: U1_OUT=2.9V, U2_OUT=3.6V, OP1/4_OUT=0.7V, U3_IN=1.8V, T1_OPEN=25%, NL1_CURR=0.5A.
Для наглядности прикладываю графики передаточной характеристики, АЧХ и ФЧХ, и осциллогаммы на выходе ШИМ и катушки.
5.Выбор компонентов
Устройство собрано из недорогих и доступных компонентов. Самой дорогой оказалась медная проволока WIK06N, за 78 метров WIK06N заплатил 1200 руб, все остальное, вместе взятое, обошлось значительно дешевле. Тут вообще широкое поле для экспериментов, можно обойтись без сердечника, можно взять проволоку потоньше. Главное не забывать, что индукция по оси катушки зависит от количества витков, тока по ним и геометрии катушки.В качестве датчиков магнитного поля U1 и U2 используются аналоговые датчики Холла SS496A с линейной характеристикой вплоть до 840Гс, это самое то для нашего случая. При использовании аналогов с другой чувствительностью потребуется корректировка коэффициента усиления на OP1/3, а также проверка на уровень максимальной индукции на торцах вашей катушки (в нашем случае с сердечником она достигает 500Гс), чтобы датчики не входили в насыщение при пиковой нагрузке.
OP1 -это счетверенный операционный усилитель LM324N. При выключенной катушке выдает 20мВ вместо нуля на 14 выходе, но это вполне приемлемо. Главное не забыть выбрать из кучки 100К резисторов наиболее близкие по фактическому номиналу для установки в качестве R1,R2,R3,R4.
Номиналы C1,R6 и R7 выбраны путем проб и ошибок как самый оптимальный вариант для стабилизации магнитов разных калибров (тестировались N35H магниты D27x8, D15x5 и D12x3). Соотношение R6/R7 можно оставить как есть, а номинал C1 увеличивать до 2-5мкФ, в случае возникновения проблем.
При использовании очень маленьких магнитов, вам возможно будет не хватать коэффициента усиления, в этом случае урежьте номинал R8 до 500Ом.
D1 и D2 это обычные выпрямительные диоды 1N4001, тут подойдут любые.
В качестве широтно-импульсного модулятора U3 используется распространенная микросхема TL494CN. Частота работы задается элементами C2, R10 и P3 (по схеме 20кГц). Оптимальный диапазон 20-30кГц, при меньшей частоте появляется свист катушки. Вместо R10 и P3 можно просто поставить резистор 5.6K.
T1 это полевой транзистор IRFZ44N, подойдет и любой другой из этой же серии. При выборе других транзисторов может потребоваться установка радиатора, ориентируйтесь на минимальные значения сопротивления канала и заряда затвора.
SD1 это диод шоттки VS-25CTQ045, тут я хватанул с большим запасом, подойдет и обычный быстродействующий диод, но, возможно, будет сильно греться.
LED1 желтый светодиод L-63YT, здесь, как говорится, на вкус и цвет, можно их и побольше наставить, чтобы все светилось разноцветными огнями.
U4 это стабилизатор напряжения 5В L78L05ACZ для питания датчиков и операционного усилителя. При использовании внешнего блока питания с дополнительным выходом 5В, можно обойись и без него, но конденсаторы лучше оставить.
6.Заключение
Все получилось как задумано. Устройство стабильно работает круглые сутки, потребляет всего 6Вт. Ни диод, ни катушка, ни транзистор не греются. Прикладываю еще пару фоток и финальное видео:7. Дисклаймер
Я не электронщик и не писатель, просто решил поделиться опытом. Может что-то покажется вам слишком очевидным, а что-то слишком сложным, а о чем-то забыл упомянуть вообще. Не стесняйтесь вносить конструктивные предложения и по тексту и по улучшению схемы, чтобы люди могли запросто это повторить, если будет такое желание..
В этой статье Константин, мастерская How-todo, покажет нам как сделать левитрон.
Итак, левитрон. Принцип работы данной приблуды прост, как саморез. Электромагнитом поднимаем в воздух кусочек некоего магнитного материала. Для создания эффекта парения, электромагнит включаем и выключаем с большой частотой.
То-есть, как-бы поднимаем и бросаем магнитный образец.
Схема такого устройства на удивление проста, и повторить его не составляет сложностей. Вот, собственно, схема.
Нужные нам материалы и компоненты.
Светодиод любого цвета, он не обязателен.
Транзистор IRFZ44N, подойдет практически любой похожий по параметрам полевик.
Диод, здесь автор использует HER207, с тем же успехом будет работать какой-нибудь 1N4007.
Резисторы на 1 кОм и 330Ом (последний не обязателен).
Датчик холла, у меня это A3144 его тоже можно заменить на похожий.
Медный намоточный эмалированный провод диаметром 0,3 0,4 мм, метров 20. У автора провод 0,36 мм.
Неодимовый магнитик типа таблетки, размером 5 на 1 мм, тоже не особо принципиально, в пределах разумного.
В качестве источника питания подойдет ненужный пятивольтовый зарядник от телефона.
Клей, бумага, паяльник припой… стандартный набор паяльщика.
Давайте перейдем к сборке. Для начала необходимо сделать картонную катушку для корпуса будущего электромагнита.
Параметры катушки следующие:
6 мм диаметр внутренней втулки, ширина слоя намотки приблизительно 23 мм и диаметр щечек, с запасом, около 25 мм.
Как видите, Константин соорудил корпус для катушки из картонки и обрезка тетрадного листа, хорошенько смазав их суперклеем.
Закрепим начало провода в каркасе, наберемся терпения и начинаем накручивать примерно 550 витков.
Направление намотки не имеет значения. Можно даже намотать в навал, но это не наш метод.
Наматываем 12 слоев, виток к витку, изолируя каждый слой изолентой.
Потратив часа полтора, закрепляем конец провода и откладываем катушку.
Приступаем к пайке, все согласно схемы, без каких-либо отличий.
Выводы Датчика Холла удлинняем проводками и изолируем термоусадкой, ведь его необходимо расположить внутри катушки.
Собственно все, остается только настроить, для этого устанавливаем датчик Холла внутри катушки и фиксируем подручными средствами.
Подвешиваем катушку, подаём питание.
Поднеся магнит чувствуем, что он притягивается или отталкивается, в зависимости от полярности.
На некотором расстоянии магнит пытается зависнуть, но на длительное время не зависает.
Изучаем документацию на датчик, где специально в картинках показано, с какой стороны у него чувствительная зона.
Вынимаем его и сгибаем таким образом, чтобы плоская сторона с надписями оказалась в итоге параллельно земле.
Запихиваем обратно, на этот раз все значительно лучше.
Но до сих пор не парит.
Проблема заключается в форме магнита, а именно — плоская форма «таблетки».
Не самая удачная, которую можно придумать для левитации. Достаточно всего лишь сместить центр тяжести вниз. Организуем это при помощи куска толстой бумажки.
Кстати, перед приклеиванием противовеса, не забудьте сначала посмотреть с какой стороны магнит притягивается к катушке.
Собственного теперь все более-менее работает, остается только отцентровать и закрепить датчик.
Как сделать магнитный плавающий дисплей – FLOATELY
Содержание:
- Как это работает?
- Два основных компонента
- Как собрать плавучий магнитный дисплей с помощью готового основания
Плавающие магнитные дисплеи — новое изобретение. Наверняка, вы наверняка видели такие предметы декора, как левитирующие магнитные светильники, и задавались вопросом: «Как он это делает?»
К счастью, вы попали в нужное место, чтобы узнать, как работают эти модернистские украшения.
Эта статья представляет собой пошаговое руководство по созданию собственного магнитного левитирующего дисплея с нуля. Это не предполагает никаких предварительных знаний в области физики или техники, поэтому вы сможете легко не отставать.
Как это работает?
Прежде чем мы приступим к созданию плавающего магнитного дисплея, важно понять, как вообще работает эта система.
Таким образом, если возникнут проблемы и вам придется импровизировать, вы хотя бы будете знать, что делаете.
Физика левитирующего магнитного дисплея
Давайте посмотрим на физическое явление, лежащее в основе плавающего магнитного дисплея. Как вы, возможно, уже догадались, система основана на одном из самых основных свойств магнитов.
Если вы изучали естествознание на начальном уровне, то знаете, что два магнита могут отталкивать друг друга. Основываясь на этой идее, вы могли бы подумать, что можно расположить магниты определенным образом, чтобы создать эффект левитации.
Представьте себе: круглый магнитный диск лежит плоско на поверхности, северным полюсом вверх. Затем на него кладут еще один круглый магнит меньшего размера северным полюсом вниз.
Так как одинаковые магнитные полюса отталкивают друг друга, верхний магнит должен оставаться подвешенным в воздухе, верно?
Вы на правильном пути. Теоретически магниты, которые постоянно отталкиваются друг от друга, должны вызывать вечную левитацию.
Оказывается, не все так просто.
Так в чем проблема?
Согласно теореме Эрншоу такое расположение постоянных магнитов является неустойчивой системой. По сути, если вы попытаетесь навести магнит на другой магнит, он всегда рухнет.
Это потому, что в реальном мире магнитное поле постоянно находится в движении.
В то время как существуют силы отталкивания, отталкивающие два магнита, существуют равные силы притяжения между противоположными полюсами. Таким образом, меньший плавающий магнит в конечном итоге перевернется и рухнет на основной магнит.
Но это не значит, что это невозможно. Вам просто нужно сделать несколько настроек, чтобы меньший магнит не перевернулся.
Обход проблемы
Похоже, главная проблема здесь в том, что магнитное поле постоянно меняется. Если бы существовал какой-то способ корректировать этот поток по мере его возникновения, то вы смогли бы создать стабильную систему.
Здесь должны произойти две вещи. Во-первых, система должна немедленно обнаруживать, когда плавающий диск начинает опрокидываться.
Затем необходимо скорректировать это движение, временно индуцируя нужное количество противодействующей магнитной силы.
Вы с нами?
Хорошо, потому что именно здесь начинается творчество.
Прежде всего, мы используем специализированные датчики для обнаружения малейших изменений в ориентации плавающего диска. Когда диск начинает опрокидываться, датчики немедленно фиксируют это движение и посылают сигнал на электромагниты.
Что такое электромагниты, спросите вы?
В основном это временные магниты, которые создаются с помощью электричества. В тот момент, когда отключается электричество, они перестают быть магнитами.
Это полезно, потому что нам нужны только небольшие всплески магнитной силы, чтобы скорректировать движение плавающего диска. Как мы видели ранее, постоянные магниты не могут достичь этого эффекта.
Когда электромагниты включены, они индуцируют противодействующую магнитную силу для регулировки опрокидывающегося плавающего диска. Поскольку это происходит сотни раз в секунду, плавающий диск остается подвешенным.
Два основных компонента
Эта система состоит из двух основных компонентов: электромагнитного основания и плавучей платформы.
1. Парящий диск
Это меньший парящий диск, парящий в воздухе. В большинстве магнитных плавающих дисплеев плавающий диск действует как платформа.
На этой платформе можно разместить практически все, от растений и светильников до любого другого предмета декора. Владельцы магазинов могут даже использовать эту парящую платформу для демонстрации своих товаров.
Вес, который он может удерживать, в основном зависит от силы магнитов системы. Если вы создаете свою собственную систему с нуля, вы сможете настроить эту силу.
По большей части он должен с легкостью удерживать мелкие предметы. Если вы хотите быть в безопасности, вы можете проверить порог максимального веса вашей платформы, используя различные объекты и проверив, держится ли он.
2. Электромагнитное основание
Если вы видели несколько левитирующих дисплеев, разработанных Floately, вы заметите общую черту — все продукты поставляются с основанием. На этой базе происходит волшебство.
Электромагнитное основание удерживает всю эту систему вместе. Он состоит из четырех различных компонентов, обеспечивающих устойчивость плавучей платформы.
Во-первых, круговое расположение постоянных магнитов обеспечивает основную силу отталкивания. Эти магниты отталкивают плавающий диск от себя.
Во-вторых, датчики вокруг этих постоянных магнитов регистрируют положение и ориентацию плавающего диска.
В большинстве баз используется триада логометрических линейных датчиков Холла. Эти датчики будут точно обнаруживать мельчайшие изменения в магнитном поле, вызванные движением плавучей платформы.
Соответственно, они подают напряжение, соответствующее изменению магнитного поля. Это напряжение будет питать электромагниты в системе.
Внутри кольца постоянных магнитов размещена система электромагнитов. Датчики будут знать, какие электромагниты включить, чтобы создать правильную корректирующую магнитную силу.
Наконец, между основанием и плавающим диском должен быть барьер. Если плавающий диск упадет во время установки, барьер защитит электромагнитную базу от любых повреждений. Это очень важно, так как малейшая вмятина или надрез на любом магните может привести к выходу из строя всей системы.
Обычно вся базовая конструкция заключена в коробку. Итак, барьер уже есть по умолчанию.
Как собрать плавающий магнитный дисплей с помощью готового основания
Осталось собрать собственный плавающий магнитный дисплей. Теперь, когда вы знаете, как работает система, процесс должен быть довольно простым.
Преимущество изготовления собственных магнитных плавающих дисплеев заключается в том, что вы можете настроить весь внешний вид вашего дисплея.
Если вам не хватает вдохновения, поищите идеи на некоторых творческих дисплеях Floately.
Теперь вы можете сделать все это с нуля. Создание всей электромагнитной базы не должно быть трудным, если у вас есть практические знания в области физики и техники.
При этом вы можете сделать его настолько большим и прочным, насколько захотите, а это значит, что вы сможете удерживать более крупные предметы на парящей платформе.
Однако, если вы новичок и ищете быстрый проект, лучше получить готовую электромагнитную базу.
Вещи, которые вам понадобятся
Вот список всего, что вам понадобится для изготовления собственного магнитного плавающего дисплея:
- Электромагнитная основа. Вы можете легко получить это оборудование на Amazon или Alibaba.
- Плавающий диск. Это идет с электромагнитной основой.
- Деревянный ящик, достаточно большой, чтобы вместить электромагнитную базу. Здесь вы можете дать волю своему творчеству. Попробуйте закрасить старую коробку, которая у вас может лежать без дела, или поищите более ретро-дизайн.
- Бур
- Объект для отображения.
Шаг 1. Просверлите отверстие и поместите основание внутрь коробки
Учитывая, что ваша коробка уже готова, единственное, что вам нужно сделать, это поместить электромагнитную основу внутрь коробки.
- Просверлите отверстие диаметром полсантиметра. Через это отверстие будет проходить кабель питания. Убедитесь, что отверстие находится на той стороне, которая скрыта от глаз, чтобы оно не выглядело непривлекательно.
- Затем поместите основание внутрь коробки и проведите блок питания через отверстие.
- Наконец, убедитесь, что вы закрыли коробку. Если у вашего ящика нет крышки, то сделайте импровизированную из чего угодно, только не из металла.
Шаг 2. Найдите золотую середину
Эта часть немного сложна. Вам может потребоваться несколько попыток, прежде чем вы сможете освоить его.
- Убедитесь, что база подключена.
- Убедитесь, что поблизости нет других металлических предметов.
- Поместите диск примерно на шесть дюймов сверху коробки. Очень медленно начните опускаться.
- Остановитесь, когда почувствуете отвращение.
- Медленно отпустите диск.
- Если он упадет, просто повторяйте процесс, пока не найдете золотую середину.
Шаг 3. Проверка высоты
Если плавающий диск продолжает падать, что бы вы ни делали, возможно, возникла другая проблема.
Электромагнитное основание и плавающий диск должны находиться на правильном расстоянии друг от друга.
Итак, если ваша коробка слишком высокая, вам может понадобиться установить электромагнитное основание на другой платформе, расположенной внутри коробки. Это чисто метод проб и ошибок, пока вы не найдете правильную высоту.
Шаг 4. Поместите свой объект на плавучую платформу и наслаждайтесь
Осталось только разместить декоративный объект на плавающей платформе.
Не забывайте делать это очень медленно, чтобы убедиться, что он не слишком тяжелый.
Готово!
Заключение
Изготовление собственных магнитных плавающих дисплеев — отличный способ украсить интерьер своими руками.
Существует множество товаров, которые вы можете легко приобрести, например, плавающие магнитные лампы и парящие растения.
Тем не менее, забавно иметь возможность настроить свой собственный дизайн в соответствии с вашими эстетическими предпочтениями.
Теперь, когда вы знаете, как собрать его самостоятельно, дайте волю своему творчеству и поэкспериментируйте с любым количеством дизайнов.
Создание левитирующего объекта в банке – экспериментальный обмен
- Время активности: 0-15 минут
- Рекомендуемый возраст: 3–4, 5–7, 8–11, 12+
- Участие взрослых: Низкое
Вход в систему для печати
Добавить в избранноеСделать левитирующий объект в банке
Автор Зона любопытства 11 июля 2016 г.
В этом научном задании дети будут создавать левитирующий объект в банке, изучая магнитные силы.
Магнит — это то, что воздействует на магнитные материалы силой (толканием или притяжением). Магниты могут быть искусственными или природными. Некоторые примеры искусственных магнитов включают стержневые и подковообразные магниты. Магнетит является примером природного магнита; он находится в скале под названием «магнит». Примеры материалов, которые притягиваются к магнитам, включают железо, никель, сталь и, конечно же, другие магниты. Примечание: не все металлы притягиваются к магнитам.
Магнитная сила создается атомами (наименьшая единица материи) в магните. В норме атомы, находящиеся рядом друг с другом, вращаются случайным образом в разные стороны. Однако в магнитах атомы, находящиеся близко друг к другу, вращаются в одном направлении. Это создает магнитное поле, которое воздействует на определенные металлы и другие магниты. Чем больше атомов вращается в одном направлении, тем сильнее будет магнитная сила. Эта сила может проявляться как толчок (отталкивание) или притяжение (притяжение).
Все магниты имеют два полюса: северный и южный. Они названы так потому, что северный полюс магнита притягивается к северному полюсу Земли, а южный полюс магнита притягивается к южному полюсу Земли. Самая сильная сила магнита исходит от его полюсов. Одинаковые полюса магнита будут отталкиваться друг от друга (с севера на север или с юга на юг), а противоположные полюса будут притягиваться (с севера на юг). Если бы вы разрезали магнит на все более мелкие кусочки, у него все равно были бы те же два полюса. Не бывает магнита с одним полюсом или двух одинаковых полюсов.
Материалы
- Банка из переработанного стекла с металлической крышкой – 1 на учащегося
- Сильный магнит — 1 на учащегося
- Легкий металлический предмет
- Нить, леска или аналогичные изделия. Чем тоньше нить, тем лучше создается иллюзия парящего предмета. (Примечание: в нашей демонстрации мы использовали хорошо заметную строку, чтобы ее размещение было очевидным.)
- Невидимая лента
Создать список покупок
Инструкции
Прикрепите магнит к внутренней верхней части металлической крышки так, чтобы магнит не был виден. (Подойдет магнит с кнопкой размером 1/2 дюйма, а также меньший неодимовый магнит, который намного сильнее.) Магнит должен сам по себе прилипнуть к металлической крышке.
Поднесите нить к стенке банки и отмерьте. кусок, который составляет примерно ¾ высоты банки, плюс еще несколько дюймов для связывания и крепления. Вам не нужно использовать невидимую нить или леску, но это способствует оптической иллюзии.
Привяжите металлический предмет к одному концу нити. Этот объект может быть чем угодно: от скрепки до ершика, изогнутого в декоративную форму, до стиральной машины — будьте изобретательны! Просто убедитесь, что он не слишком тяжелый и что он будет притягиваться к магниту.
Используя невидимую ленту, прикрепите другой конец нити к внутренней стороне дна банки и бросьте нить и предмет в банку.
Завинтить крышку с помощью магнита. Теперь переверните банку вверх дном, пока металлический предмет не захватится магнитной силой магнита. Если объект может коснуться магнита, ваша нить слишком длинная. Если объект не может подойти достаточно близко к магниту, чтобы притянуться, ваша нить слишком короткая. После того, как вы внесли все необходимые корректировки, вы сможете снова перевернуть банку правой стороной вверх, и объект будет парить только в воздухе!
Учащиеся дошкольного возраста должны сами собрать большую часть игрушки за детей, но им понравится украшать игрушку, играть с ней и наблюдать, как работает магнит.
Extensions:
Создайте свой левитирующий объект в соответствии с темой, например, изогнутое красное сердце из трубочиста на День святого Валентина или клевер, приклеенный к скрепке на День Святого Патрика.
В качестве подарка прикрепите двустороннюю картинку со смыслом к скрепке.
Не забудьте украсить крышку!
Левитация объектов с помощью звука · Frontiers for Young Minds
Abstract
Акустическая левитация использует звуковые волны для удержания объектов в воздухе. Мы все знакомы с силой звука, заставляющей нас танцевать и менять настроение, но звук также может проявлять физическую силу, достаточно сильную, чтобы поднимать предметы в воздух. Чтобы использовать эту силу, мы используем громкоговорители для формирования звуковой картины, чтобы объект был окружен очень громким звуком. Ученые использовали эти идеи для поднятия в воздух небольших объектов, таких как насекомые, а также очень маленьких объектов, таких как отдельные клетки. Затем они могут манипулировать этими объектами, как это делает робот, но без каких-либо движущихся частей. До сих пор были созданы только относительно небольшие силы левитации, но теоретически могут быть созданы гораздо более высокие силы, и левитация объектов даже размером с человека может быть возможна. Несмотря на эту захватывающую возможность, вы, возможно, не захотите, чтобы вас акустически левитировали, и на это есть веские причины!
Что такое акустическая левитация?
Мягко парить в воздухе очень интересно. Вы можете путешествовать на большие расстояния практически без усилий, посещать труднодоступные места или просто сидеть сложа руки и отдыхать! Люди очень давно думали о левитации себя или предметов, но эти идеи все еще кажутся далекими от реализации. Левитация также популярна в фильмах, обычно без объяснения того, как она работает. Некоторые люди утверждали, что обладают этой, казалось бы, магической силой, но эти утверждения не выдержали научных исследований. Однако акустическая левитация , что означает использование звуковых волн для удержания объектов в воздухе, является научным фактом. В этой статье описывается, как работает акустическая левитация и что может быть возможно сейчас и в будущем.
Звук создается, когда что-то вибрирует и создает волны энергии. Вибрации распространяются по воздуху к нашим ушам. Чем сильнее колебания молекул воздуха, тем громче звук. Звуковые волны несут силы, хотя обычно они слишком малы, чтобы их можно было почувствовать. Крайняя версия этого эффекта — взрыв. Взрывная сила переносится ударной волной, которая представляет собой звуковую волну очень высокой амплитуды. Это говорит нам о том, что звуковые волны могут переносить силы через воздух и что эти силы могут быть довольно большими. Как вы понимаете, эти силы будут действовать на любой материал, в том числе на живые существа. Но как мы можем использовать эту силу безопасным и контролируемым образом?
Громкоговорители — это источники звука, с которыми мы все знакомы. Если бы мы смогли найти достаточно мощный громкоговоритель, помог бы он нам достичь левитации? Ответ частично да и частично нет! Да, в том, что мощный громкоговоритель мог приложить силу к объекту, находящемуся перед ним. Нет, в том смысле, что один громкоговоритель будет обеспечивать только толкающую силу, и объект будет неконтролируемо рвануться вперед. Чтобы стабилизировать левитацию, трюк состоит в том, чтобы использовать много динамиков и объединять звуки из всех.
Группа громкоговорителей, расположенных таким образом, чтобы комбинировать эффекты их звуков, называется массивом (рис. 1). Мы должны тщательно контролировать синхронизацию звука, исходящего из каждого громкоговорителя. Если мы выберем правильное время, звуковые волны соберутся вместе, чтобы сформировать образец громких и тихих областей, необходимых для акустической левитации. Ключевыми составляющими этого звукового паттерна являются тихая область, где будет находиться объект, и громкие области, окружающие объект, как клетка громкого звука. Если объект пытается двигаться, звук отталкивает его обратно в тихую область.
- Рисунок 1. Принцип работы акустической левитации.
- (A) Два массива громкоговорителей, каждый из которых имеет форму чаши, активируются, чтобы издавать громкий звук. (B) Форма чаши заставляет волны двигаться к центральной точке, где громкость еще больше. (C) Волны смешиваются вместе в процессе, называемом интерференцией. Если время волн правильное, эта интерференция создает тихую зону, окруженную очень высокой громкостью. Предметы, находящиеся в тихой зоне, могут левитировать, если звук достаточно громкий, потому что сила громкого звука будет удерживать их в тихой зоне.
Чтобы левитировать даже легкие предметы, нужны очень громкие звуки. Громкость звука измеряется в децибелах . Обычная речь составляет около 60 децибел, громкая рок-музыка — 140 децибел, а ракета во время запуска — 180 децибел. Левитация очень легких вещей начинается, когда звук составляет около 145 децибел, что чуть выше уровня громкости, называемого болевым порогом. При такой громкости звук будет не просто громким, но болезненным и потенциально опасным для наших ушей! Решение состоит в том, чтобы использовать ультразвук , то есть звук слишком высокого тона для человеческого восприятия; хотя животные, такие как кошки и собаки, могут его слышать. Несмотря на то, что мы его не слышим, ультразвук по-прежнему содержит энергию в виде вибрирующих молекул воздуха, которую можно использовать для левитации (рис. 2).
- Рисунок 2 — (A) Акустическая левитация плодовой мушки длиной 5 мм.
- (B) Левитация лягушки длиной 20 мм с другим типом левитации, называемым диамагнитной левитацией. Муха и лягушка не пострадали (Изображение предоставлено: [1]).
Можно ли использовать магниты для левитации?
Когда вы используете магнит, вы быстро обнаружите, что силы могут быть приложены к определенным металлическим предметам на расстоянии. Магнит будет притягивать определенные металлы с силой, которой трудно сопротивляться. Держите по магниту в каждой руке, затем соедините их вместе, и вы действительно почувствуете эту силу. Ученые обнаружили, что эти магнитные силы можно использовать для левитации объектов, но они работают только с объектами, сделанными из магнитных материалов, таких как железо. Обычные магниты не могут воздействовать на живые существа. Однако, если сила магнита чрезвычайно высока, эффект, называемый диамагнитная левитация может возникать и воздействовать на живые существа. При диамагнитной левитации сила магнита настолько велика, что заставляет молекулы воды в живых существах растягиваться и превращаться в крошечные магниты. Крошечные намагниченные молекулы воды могут затем толкаться первоначальным магнитом. На рис. 2 показан известный эксперимент, в котором 20-миллиметровая лягушка удерживалась в воздухе с помощью диамагнитной левитации [1]. Но для питания магнита требовалось огромное количество энергии (достаточно примерно для 500 домов!)
Сложно ли сделать акустический левитатор?
Возможно, вы удивитесь, узнав, что вы можете собрать акустический левитатор дома. Группа исследователей написала инструкции и сняла видео, объясняющее необходимые шаги [2–4]. Основными необходимыми частями являются громкоговорители, усилитель и генератор сигналов (рис. 3). Это те же самые детали, из которых состоит радио или любая звуковая система. Во-первых, генератор сигналов создает волну в виде электрического сигнала. Сигнал усиливается усилителем и подается на громкоговорители. Если электрический сигнал увеличивается, громкость, исходящая от громкоговорителей, увеличивается. Это именно то, что происходит, когда вы увеличиваете громкость автомобильного радио.
- Рисунок 3. Акустический левитатор, который можно собрать дома.
- (A) Компоненты платы драйвера включают в себя компьютер Arduino, который генерирует электрическую волну, и усилитель для усиления волны. Этот электрический сигнал отправляется на массив ультразвуковых громкоговорителей, собранных в форме чаши. Левитатор может питаться от батарейки или бытовой электросети. (B) Карта распределения громкости. Желтый — громкий, черный — тихий, а красный — между ними. Левитируемые объекты находятся в тихих областях, удерживаемые громкими областями сверху и снизу (Изображение предоставлено: [3], CC BY).
Динамики, используемые в левитаторе, немного особенные, потому что они излучают ультразвук. Изначально они были созданы как датчики парковки для автомобилей, но мы переделали их в ультразвуковые громкоговорители. Если мы соединим достаточное их количество вместе и снабдим их достаточно сильными электрическими сигналами, мы сможем создать достаточно громкий звук для левитации. В этом эксперименте используется ультразвук, поэтому люди не могут его услышать. Это делает эксперимент тихим для людей. Но в области, где происходит левитация, молекулы воздуха сильно трясутся.
При сборке левитатора важно получить правильную схему тихих и громких областей. В самодельном левитаторе это делается путем размещения динамиков в двух фокусирующих чашах, которые концентрируют энергию в точку. Когда две чаши обращены друг к другу, формируется повторяющийся узор из тихого и громкого звука. Это известно как стоячая волна , и она формируется, когда волны встречаются и смешиваются вместе в процессе, называемом интерференцией . Вы можете сами создать стоячую волну, покачав скакалку или пружинку. При определенных скоростях тряски вы видите постоянную структуру сильно вибрирующих частей и неподвижных частей. Этот шаблон как раз и нужен для левитации, при этом объекты левитируют в любой из тихих областей.
Каковы применения акустической левитации?
До сих пор ученые и инженеры, интересующиеся акустической левитацией, вкладывали большую часть своих усилий в левитацию объектов размером всего несколько миллиметров, таких как насекомые или электронные компоненты. Удержание насекомых и других живых существ на месте позволяет нам внимательно изучать их под микроскопом, не прикасаясь к ним, что важно, если они очень хрупкие. Мы также можем левитировать мелкие детали, используемые для создания мобильного телефона, используя левитирующее устройство, чтобы поднимать их и перемещать из одного места в другое, как робот-манипулятор.
Акустическая левитация также может быть использована для манипулирования даже более мелкими объектами, такими как живые клетки. Эти устройства используются как микроскопические захваты. Одно особенно интересное применение — тканевая инженерия, в которой ученые пытаются найти способы воссоздания кожи или мышц. В этом случае устройство акустической левитации используется для расположения клеток в определенные узоры. Клетки недавно были собраны в линии, чтобы сформировать новый кусок мышцы [5]. Было показано, что мышцы, выращенные этим новым способом, лучше, чем мышцы, выращенные любым другим известным лабораторным методом.
Будущее акустической левитации
В ближайшие несколько лет можно ожидать захватывающих открытий в области акустической левитации. Теперь, когда акустическая левитация использовалась для создания простых тканей, таких как мышцы, следующим шагом будет использование ее для сборки более сложных структур, таких как искусственные сердца. Подобные идеи потребуют от инженеров тесного сотрудничества с медицинскими исследователями.
Что может быть возможно с точки зрения левитации более крупных объектов? Возможно ли когда-нибудь левитировать людей? Хотя в это трудно поверить, левитация людей теоретически возможна — нам просто нужно издавать достаточно громкий звук на площади размером с человека. Расчеты показывают, что самые громкие из когда-либо созданных громкоговорителей позволили бы нам поднимать в воздух лягушек. Нет никаких причин, по которым нельзя было бы сделать еще более громкие громкоговорители при наличии воли и денег! если можно тебе нравится левитировать?
С помощью акустической левитации были подняты самые разные мелкие насекомые и даже рыбы. Они также были тщательно изучены под микроскопом и оказались целыми и невредимыми. Чтобы левитировать более крупные объекты, нужен более громкий звук, а значит больше энергии. Опасность в том, что энергия должна куда-то уйти, и она может быть поглощена предметами или воздухом вокруг предметов. Вся эта энергия может привести к резкому и быстрому нагреву, что может быть вредным. Помимо этой опасности нагревания, влияние таких громких звуков на живые существа просто неизвестно. Итак, хотя акустическая левитация человека возможна в теории , предстоит еще поработать, прежде чем мы сможем сделать это безопасно.
Глоссарий
Акустическая левитация : ↑ Использование высокоамплитудных звуковых волн для преодоления гравитации и удержания объектов в воздухе.
Массив : ↑ Многие источники используются вместе для создания комбинированного эффекта. Этот термин применим к любому источнику энергии, но здесь мы используем его для обозначения набора громкоговорителей, каждый из которых способствует созданию громкого звука в определенной точке.
Децибел (дБ) : ↑ Международная единица измерения громкости звука. Например, обычный разговор — 60 дБ, полицейская сирена — 120 дБ, фейерверк или очень громкая музыка — 140 дБ.
Ультразвук : ↑ Звук с частотой выше 20 кГц. Это типичный верхний предел слуха для здоровых взрослых людей. Многие животные, такие как кошки, летучие мыши, насекомые и дельфины, могут слышать эти звуки.
Диамагнитная левитация : ↑ Использование очень сильных магнитных полей для намагничивания материалов и последующего удержания их в воздухе. Этот эффект использовался для левитации живых существ, таких как маленькая лягушка.
Стоячая волна : ↑ Волна, имеющая фиксированную структуру высоких и низких амплитуд. В этом можно убедиться, покачав слинки вверх-вниз с нужной скоростью. Вы увидите ряд точек, где слинки неподвижны, а между ними другие точки, где слинки бешено движется.
Интерференция : ↑ Результат смешения двух или более волн любого типа. Бросьте два камня в пруд. Круговые волновые волны будут распространяться. Когда они смешиваются, это называется интерференцией.
Конфликт интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Каталожные номера
[1] ↑ Берри М.В., Гейм А.К. 1997. О летающих лягушках и левитронах. Евро J Физ. 18:307–13. дои: 10.1088/0143-0807/18/4/012
[2] ↑ Марзо, А. Инструкции по созданию собственного акустического левитатора . Доступно в Интернете по адресу: https://www.instructables.com/Acoustic-Levitator/
.[3] ↑ Марзо А., Барнс А. и Дринкуотер Б. В. 2017. TinyLev: одноосный акустический левитатор с несколькими излучателями. Rev Sci Instru. 88:085105. дои: 10.1063/1.4989995
[4] ↑ Марзо А., Калеап М. и Дринкуотер Б. В. 2018. Акустические виртуальные вихри с регулируемым орбитальным угловым моментом для захвата частиц Ми. Phys Rev Letter. 120:044301. doi: 10.1103/PhysRevLett.120.044301
[5] ↑ Armstrong, JPK, Puetzer, JL, Serio, A., Guex, A.G., Kapnisi, M., Breant, A., et al. (2018). Инженерия анизотропной мышечной ткани с использованием акустического клеточного паттерна. Adv Mater. 30:1802649. doi: 10.1002/adma.201802649
Магнитная левитация | Хакадей
9 ноября 2021 г., Дэйв Раунтри
Как бы это ни было сделано, с каким бы уровнем фальши, магнитная левитация выглядит круто. Мы не знаем о вас, но просто прогуливаясь мимо самого безвкусного магазина гаджетов, дисплеи левитирующих и вращающихся объектов всегда бросаются в глаза. Помимо сверхпроводников, почти все эти устройства работают одинаково; объект с постоянным редкоземельным магнитом удерживается в устойчивом положении между парой электромагнитов, один сверху и один снизу, с некоторой управляющей электроникой для регулировки напряженности поля и замыкания контура.
Но может быть и другой способ, хотя и довольно частный случай, когда магнит можно не только левитировать, но и зафиксировать на месте с помощью вращающегося магнитного поля. В видео показана демонстрация того, как можно использовать массу магнита для фазовой синхронизации с вращающимся полем. По сути, магнит захочет вращаться, чтобы выровняться с вращающимся магнитным полем, но его масса будет означать, что существует временная задержка для действия силы и возникновения вращения, которое будет отставать от вращающегося магнитного поля, и если оно сфазировано. именно так вращение будет отменено, и магнит будет заблокирован в стабильном положении. По сути, инерция магнита может быть использована для противодействия склонности магнита к быстрому вращению, чтобы найти устойчивое положение в поле.
Хотя эта идея не нова, турецкий экспериментатор [Хамди Укар] уже некоторое время работает над этой темой (посмотрите на его канале YouTube, где можно найти МНОГО контента), даже опубликовав очень подробную научную статью. по этому вопросу. В нашем объяснении здесь мы пытаемся упростить тему ради краткости, но, поскольку в статье много кровавых подробностей для физиков среди вас, если вы справитесь с математикой, вы сможете прийти к своим собственным выводам.
Читать далее «Разработка идеи магнитного замка показывает большой прогресс» →
Posted in Разное HacksTagged Магнитная левитация, Магнитная блокировка16 октября 2021 г. Эл Уильямс
Мы большие поклонники небольших настольных установок на магнитной подушке, которые плавают на магните. Как отмечает [3D Printed Life], они выглядят как магия. Его удивило, что в коммерческих устройствах используется аналоговая электроника. Он решил создать цифровую версию, но не знал, во что ввязывается. Он подробно описывает свое путешествие в видео, которое вы можете посмотреть ниже.
Вместе со специальной платой управления он решил намотать собственные электромагниты. Найдя это утомительным, он построил простую намоточную машину, чтобы автоматизировать часть работы.
Продолжить чтение «Провал недели: магнитная левитация» →
Рубрика: Микроконтроллеры, Разное Хаки Метки: контур управления, маглев, Магнитная левитация, pid5 сентября 2021 г., Левин Дэй
Магнитная левитация — это прекрасное зрелище. Видеть, как маленькие объекты качаются, казалось бы, парят в воздухе, никогда не устареет. Если вы хотите, чтобы на вашем столе было что-то подходящее, отвлекающее в этом духе, рассмотрите возможность создания этой левитирующей турбины от [JGJMatt].
В конструкции используется комбинация напечатанных на 3D-принтере деталей и металлических стержней для формирования базовой рамы. Турбина также напечатана на 3D-принтере, что позволяет легко создавать сложную геометрию изогнутых ребер. Затем в детали вставляют редкоземельные магниты, чтобы создать эффект левитации. К каждой части рамы прикреплены два магнита, и по одному магниту вставлены в каждый конец турбины. При правильном выравнивании турбина будет парить над рамой и может свободно вращаться практически без трения.
Одной из уступок функциональности является швейная игла, вставленная в турбину. Это давит на одну часть рамы, чтобы турбина не была полностью вытолкнута из магнитного поля. Вполне возможно, что при очень тщательном внимании к деталям при выравнивании штифт можно было бы исключить, но его наличие делает систему гораздо более надежной и надежной.
Плавая в магнитном поле, достаточно простого дуновения воздуха, чтобы заставить турбину вращаться на некоторое время. Это очаровательное украшение стола, с которым можно повозиться, заменив лопасти турбины для разной производительности. Это может показаться легкомысленным, но в более широком масштабе магнитная левитация используется для более серьезных целей, таких как высокоскоростной транспорт. Видео после перерыва.
Продолжить чтение «Создание настольной игрушки с левитирующей турбиной» →
Posted in Разное HacksTagged настольная игрушка, Магнитная левитация10 августа 2021 г., Левин Дэй
ПоездаMaglev уже давно рекламируются как новое слово в технологии поездов. Несмотря на живой интерес к середине 20-го века, развитие было медленным, и только ограниченные коммерческие операции когда-либо использовались. Одним из самых известных примеров является шанхайский поезд на магнитной подвеске, который соединяет аэропорт с большей частью города. Система была приобретена в Германии как установка «под ключ», действует на расстоянии всего 30,5 км, а по данным 9В 2001 году на создание журнала 0492 Civil Engineering было потрачено 1,2 миллиарда долларов. С тех пор он служит ярким примером технологии магнитной подвески и напоминанием о сложной и дорогой магнитной подвеске.
Однако за последние несколько десятилетий Китай влюбился в высокоскоростной железнодорожный транспорт и вложил в него значительные средства. Благодаря агрессивному режиму передачи технологий от иностранных фирм при строительстве крупнейшей в мире сети высокоскоростных железных дорог страна добилась большого прогресса. Теперь китайский производитель железнодорожного транспорта CRRC Corporation продемонстрировал свой новейший поезд на магнитной подвеске, который надеется стать самым быстрым в мире.
продолжить чтение «Стремления китайских поездов MagLev подкреплены новой конструкцией со скоростью 600 км / ч» →
Posted in Текущие события, Featured, Slider, Transportation HacksTagged maglev, Магнитная левитация, поезд22 июля 2021 г. Дэн Мэлони
[Том Стэнтон] прав в одном: из маховиков получаются отличные игрушки. Независимо от того, наблюдаете ли вы за волчком, который, кажется, никогда не замедляется, или чувствуете странные силы, создаваемые гироскопом, вращение вещей приносит странное удовлетворение. А использование маховика в качестве аккумулятора делает его еще круче.
Конечно, использование маховика для хранения энергии далеко не новая концепция. Но принципы, которые [Том] демонстрирует в видео ниже, в том числе преимущества магнитно-левитирующих подшипников, довольно круто увидеть все в одном месте. Сам маховик представляет собой просто тяжелый алюминиевый диск на валу с парой подшипников с каждой стороны, состоящей из стопок неодимовых магнитов. Дополнительный упорный подшипник с низким коэффициентом трения на конце вала удерживает системы надлежащим образом и позволяет маховику вращаться в течение двенадцати минут и более.
Следующим шагом [Тома] было использование части углового момента маховика для производства электричества. Он построил пару роторов с большим количеством магнитов, между которыми был зажат статор из специально намотанных катушек. Двухполупериодный мостовой выпрямитель и конденсатор завершают цепь и позволяют маховику питать группу светодиодов или даже небольшой двигатель. Все это красиво сложено и выглядит как забавная настольная игрушка.
Это далеко не первое родео [Тома] на маховике; его последняя попытка накопить механическую энергию не увенчалась успехом, но ему так или иначе удалось заставить маховики летать.
Продолжить чтение «Магнитные подшипники придают вращение этой батарее маховика» →
Posted in Разное HacksTagged генератор, угловой момент, подшипник, маховик, трение, генератор, маглев, магнитная левитация, неодим, выпрямитель25 февраля 2020 г. Том Нарди
Если все пойдет по плану, Илон Маск говорит, что первое поколение массивного звездолета SpaceX совершит орбитальный полет до конца 2020 года. научно-фантастические журналы кажутся обычным делом, мы полагаем, что вы заслужили право на толику бравады. Мы рады видеть, как транспортное средство будет развиваться в течение следующих нескольких месяцев, но даже если настоящий останется на земле, мы с радостью возьмем эту «летающую» модель звездолета от [Криса Чимиенти] в качестве утешительного приза.
Модуль магнитной левитации, мы официально в будущем.Чувствуя себя немного разочарованным 3D-печатными моделями звездолета, которые он нашел в Интернете, [Крис] решил построить свой собственный. Но этого было недостаточно, чтобы просто сделать его больше, сильнее и точнее в соответствии с текущим дизайном Starship; он также хотел сделать это немного более захватывающим. Несколько RGB-светодиодов и Arduino, встроенные в «облачную» подставку, на которой стоит ракета, стали хорошим началом, а посадочная площадка вдохновлена настоящим автономным беспилотным космическим кораблем SpaceX 9.0492 Только что прочитайте инструкции отлично выглядит с подсветкой.
Но мы говорим о звездолете, транспортном средстве, которое может буквально подтолкнуть человечество к тому, чтобы стать многопланетным видом. Чтобы отдать должное, вам действительно нужно выбить его из парка. Поэтому [Крис] нашел в Интернете модуль магнитной левитации, который мог выдержать несколько сотен граммов, и приступил к работе над тем, чтобы его пластиковый звездолет действительно парил над посадочной площадкой.
Как вы понимаете, это было немного сложно. Первые версии ракеты выглядели великолепно, но оказались слишком тяжелыми, поэтому он переключился на печать модели в так называемом «режиме спиральной вазы», что сделало ее полностью полой. Теперь он стал намного легче и благодаря магнитной пластине, встроенной в дно, стал достаточно устойчивым, чтобы плавать самостоятельно. В качестве последнего штриха [Крис] добавил несколько красных светодиодов и батарейку типа «таблетка» к основанию звездолета, чтобы казалось, что гладкий корабль выполняет посадку в последнюю секунду со своими «невозможными» полнопотоковыми ступенчатыми двигателями внутреннего сгорания.
Это не первая модель ракеты с электронным светящимся облаком под ней, но это, безусловно, первая модель, способная левитировать в воздухе. Хотя эта маленькая ракета может и не долететь до Марса, мы не удивимся, если в ближайшем будущем она коснется столов других хакеров и разработчиков.
Продолжить чтение «Модель левитирующего космического корабля приземляется» →
Опубликовано в Взломы Arduino, Взломы светодиодов, Космоспомеченный 3D-печать, arduino, Магнитная левитация, Светодиод RGB, SpaceX, космический корабль16 июня 2019 г., Роджер Ченг
Этот стенд было легко не заметить на выставке Maker Faire Bay Area 2019 среди высоких профессиональных вывесок, установленных соседними экспонентами. Он продемонстрировал работу [Dr. Виктор Чейни], который наслаждается своей основной работой стоматолога и поэтому не испытывает желания коммерциализировать свои изобретения — он создает забавные проекты ради личного удовольствия, которые он просто называет «Творения Вика». Каждый проект строится по своим стандартам, которые, очевидно, довольно высоки, если судить по идеальному глянцевому покрытию каждого изготовленного на заказ деревянного корпуса.
Некоторые из этих творений соответствовали его музыкальным интересам. Backpacking Banjo был построен на основе (хорошо очищенной) банки с кошачьим кормом, чтобы удовлетворить потребность в легком инструменте, который он может взять с собой в поход. Его музыкальная лазерная радужная машина (полностью задокументированная в Nuts & Volts) была создана для того, чтобы небольшие группы, созданные независимыми артистами, такими как он, могли устраивать визуальное световое шоу в дополнение к своим живым выступлениям. Музыкальный калейдоскоп — еще одно подобное исполнение со светодиодной матрицей, цвета которой диктуются музыкой. Выйдя за пределы мира музыки, мы видим замок в облаках, левитирующий на магнитной подушке, который также получает питание по беспроводной сети для освещения светодиодами 9.0003
Самая большая и сложная работа на выставке — эпический электромеханический шедевр. Par One — это скульптура с катящимся мячом, изображающая самое запутанное поле для гольфа. Еще несколько вращающихся шаровых скульптур (также называемых мраморными машинами или мраморными дорожками) выставлены в кабинете доктора Чейни, что, должно быть, делает его самым крутым вестибюлем дантиста. Реалистичные движения, которые он смог получить от автоматов, встроенных в скульптуру, захватывают дух, как вы можете видеть ниже.
Продолжить чтение «Изысканное мастерство возвышает творения Вика над остальными» →
Опубликовано в Лазерные хаки, Музыкальные хаки, Технические хакипомеченный бамф, банджо, Bay Area Maker Faire 2019, мастерство, калейдоскоп, кинетическая скульптура, лазерное шоу, Магнитная левитация, Maker Faire, Maker Faire Bay Area, мраморная машина, мраморный бег, скульптураКак построить устройство электромагнитной левитации
Нужно немного похудеть? С некоторыми ноу-хау в схемотехнике, магнитом и датчиком на эффекте Холла вы можете создать собственное устройство электромагнитной левитации
org/Person»> Дрю Пол | 14 декабря 2017 г.Смотреть этот веб-семинар
«Не левитируйте ложку, это невозможно. Вместо этого только попытайтесь осознать правду. Ложки нет». — п. Матрица (1999)
А что, если есть ложка? Или какой-то другой объект. Вы не можете просто полагаться на силу своего разума, чтобы левитировать объекты. Этот проект от Дрю Пола из Drew Paul Designs представляет собой самодельное устройство электромагнитной левитации, которое может поднять в воздух небольшой металлический предмет. Используйте его в качестве украшения на следующем званом ужине… или обманите друзей, заставив их думать, что вы обладаете магическими способностями. Просто помните старую поговорку: единственная разница между фокусником и инженером в том, что инженер расскажет вам, как это делается.
youtube.com/embed/i7WxOdH6lpI»/> |
Наблюдайте за работой устройства электромагнитной левитации. |
Parts List | |
CIRCUIT COMPONENTS | |
(1) Small Circuit Board | |
(1) LM7805 Voltage Regulator | |
(1 ) MIC502 IC | |
(1) LMD18201 IC | |
(1) SS495 Датчик эффекта зала | |
(1) 470UF -конденсатор (электролитический) | |
(1) 1UF CAPACITOR (CERAMIC) | 95555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555559н1555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555559e|
(1) | |
(1) 0,011 UF-конденсатор (Ceramic) | |
(1) 2 входной лозин (+/-) | |
(2) 2-й проволоки | |
(2) 2 проволоки | |
(1) LCD Voltage Display (optional) | |
(1) Green LED (optional) | |
(1) 10K Resistor | |
SOLENOID | |
(20g 150-300 поворотов) | |
(1) Стальной болт | |
Различный цветный0551 | |
(3) 8″x10″ Plexiglass Sheets | |
(4) 12″ x 5/15″ Threaded Rod | |
(24) 5/16″ Nuts | |
(24) Шайбы 5/16″ | |
(8) Резиновые колпачки 5/16″ (дополнительно) |
Из инструментов вам также понадобятся паяльник и припой, дрель и насадки до 5/16″, изоленты или термоусадочной пленки, клея и гаечного ключа 5/16.
СКАЧАТЬ ПОЛНУЮ СХЕМУ ЗДЕСЬ:
Для тех, кто не хочет приобретать отдельные детали, Дрю Пол также подготовил набор всех доступных компонентов.
Основные компоненты
Почему мы не можем просто расположить магнит на нужном расстоянии, чтобы поднимать металлические предметы? Это связано с тем, что по мере приближения ферромагнитного материала к магнитному полю сила увеличивается экспоненциально. Это описывается так называемым магнитным законом обратных квадратов:
Интенсивность1 / Интенсивность2 = Расстояние1 / Расстояние2
Итак, в космосе нет точки, в которой магнит или электромагнит мог бы естественным образом подвешивать объект без контакта. Оказавшись в поле, пути назад нет!… Если только…
Распространяющееся магнитное поле можно показать на двумерных диаграммах или на магнитной пленке в виде силовых линий, исходящих от полюсов. Даже с помощью осциллографа невозможно многое сказать о движении и направлении поля только по снимкам в двух измерениях (как эта пресловутая иллюзия). При наблюдении в трехмерном пространстве это поле можно увидеть и ощутить как тороидальное, а во времени мы начинаем видеть, что возникает распространяющееся спиральное поле. То же самое и в случае с электромагнитом, и когда поле схлопывается, это происходит в противоположном направлении. Это описывается тем, что обычно называют Правилами правой и левой руки Флеминга.
Итак, теоретически можно создавать чередующиеся вихри/спирали, чтобы привести объект в нужное положение. После выполнения некоторых расчетов на основе приведенной выше формулы мы обнаруживаем, что это возможно только при точном и быстром чередовании этих полей (50 000 раз в секунду и более!) датчик, который определяет напряженность поля, и схема, которая прикладывает соответствующее поле к электромагниту.
Сборка ограждения
По завершении ограждение должно иметь размеры 8 x 10 x 12 дюймов.
1.) Сначала сложите и закрепите наше оргстекло, измерьте и просверлите четыре отверстия рядом с углами, обязательно оставляя пространство от краев, и просверлите сверла большего размера, чтобы избежать растрескивания. У вас должно получиться четыре 5/16-дюймовых отверстия в углах всех трех листов плексигласа. Обязательно обратите внимание на ориентацию, чтобы у вас была симметричная посадка.
2.) Далее просверлите отверстие или отверстия для нашего входного гнезда на одном из листов. Это может варьироваться в зависимости от вашего разъема, но должно быть рядом с задней частью корпуса.
3.) Чтобы построить корпус, начните с вставки четырех стержней с резьбой 5/16 дюйма в отверстия одного из листов. Закрепите лист примерно в 1,5-2 дюймах от нижней части стержней с помощью одной шайбы и гайки с каждой стороны плексигласа и добавьте резиновую ножку к нижней части каждого стержня. Прежде чем продолжить, убедитесь, что все выровнено.
4.) Далее вставляем гайку и шайбу примерно на 3-4 дюйма от вершины наших стержней и сверху кладем лист с отверстием для домкрата.
5.) Последним шагом в нашем корпусе является прикрепление последнего листа плексигласа к верхней части после добавления компонентов из следующего раздела.
Установка и защита компонентов
Теперь, когда у нас есть платформа, мы можем создавать и устанавливать наши компоненты.
1.) Эта относительно простая схема и пара соленоидов могут быть построены в соответствии со схемой ниже. Обратите внимание, что SS495 крепится к нижней части катушки. Добавление светодиода позволяет вам проверять мощность, а цифровой вольтметр позволяет вам определять нагрузку для целей настройки, оба опциональны, они могут быть подключены непосредственно к входу цепи 12 В с встроенным резистором 10 кОм на горячем выводе (+).
2.) Подсоедините разъем к входу цепи, соблюдая принципиальную схему и помните, что корпус разъема является заземлением (-).
3.) Подключите выходы 1 и 2 микросхемы LMD18201 к соленоидной катушке. Вставьте стальной болт в центр катушки и к головке болта прикрепите SS49.5 Датчик Холла, к которому будут подключаться выводы согласно схеме.
(В этот момент может быть полезно временно все обезопасить, осторожно подключить питание и проверить поле соленоида магнитом).
4.) Когда все будет готово, закрепите компоненты на платформе. Цепь должна быть вертикальной, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха, и находиться рядом с разъемом, соленоид должен располагаться стороной с датчиком вниз, а дополнительный светодиод и ЖК-дисплей можно разместить в любом удобном месте. Добавление на этом этапе термоусадочной пленки и чехлов для проводов делает все аккуратно и помогает избежать коротких замыканий и перетягивания проводов.
5.) Чтобы дополнительно закрепить и закрыть все, добавьте последний лист плексигласа. Сначала добавьте гайку и шайбу к каждому стержню, затем последний лист плексигласа и отрегулируйте его так, чтобы верхний лист соприкасался с вашим соленоидом, плотно удерживая его на месте. После установки и уровня добавьте еще четыре шайбы и гайки и закройте резиновыми заглушками.
Настройка и проверка
1.) При установке соленоида полярность не учитывалась. Поэтому нам нужно будет выбрать правильный полюс нашего магнита, обращенный к нашей катушке. Для этого подключите питание и начните вводить магнит в поле соленоида. Одна сторона магнита будет постоянно притягиваться, а другая будет стремиться зафиксироваться на месте в нескольких дюймах от катушки. Обратите внимание на эту сторону магнита. Будьте осторожны, не подходите слишком близко; оба полюса будут сильно притягиваться, если их поднести слишком близко к находящейся под напряжением катушке.
2.) Теперь, когда мы знаем, какой полюс нашего магнита мы используем, мы теперь определим, какой вес он может удерживать. Слишком маленький вес и груз будет притягиваться без левитации, слишком большой вес и магнитное поле не сможет преодолеть гравитацию и предмет упадет.
Методом проб и ошибок вы должны найти оптимальный вес, прикрепив случайные предметы к магниту. Однако вы также можете использовать более точный подход:
Используя маленькие гайки и болты, постепенно добавляйте их к магниту и проверяйте. Как только вы найдете точку равновесия (вы почувствуете легкий щелчок, когда она зафиксируется на месте), отметьте вес груза с помощью небольших весов. Затем добавьте или уберите небольшой вес, чтобы найти свой диапазон и оптимизировать для стабильности. Затем вы можете использовать это в качестве эталона и начать левитировать что-либо в пределах этого диапазона веса, который обычно составляет 45-55 граммов, не считая самого магнита.
3.) Когда все работает правильно, подключите осциллограф, чтобы увидеть поля в действии!
Вдохновляй и удивляй!
Теперь ваше устройство электромагнитной левитации полностью готово и работает. Он поднимет в воздух любой предмет в определенном диапазоне веса. Для неметаллических предметов попробуйте атаковать их гвоздями или гайками.
[Все изображения предоставлены Drew Paul / Drew Paul Designs]
ТЕГИ: Бытовая электроника Электроника
Самодельное электромагнитное левитирующее устройство
Это Электромагнитное левитирующее устройство — это круто, чтобы построить антигравитационный проект , за которым интересно и интересно наблюдать. Устройство может заставить что-то плавать без какой-либо видимой поддержки, это как предмет, плавающий в свободном пространстве или воздухе. Чтобы это устройство заработало, вам нужно притянуть объект с помощью электромагнита, но когда он находится очень близко к электромагниту, электромагнит должен отключиться, и притягиваемый объект должен упасть под действием силы тяжести и снова притянуть падающий объект, прежде чем он упадет вниз. полностью за счет гравитации, и этот процесс продолжается. Проект похож на нашу ультразвуковую акустическую левитацию, но здесь вместо ультразвуковых волн мы будем использовать электромагнитные волны.
Теперь возвращаясь к концепции, человек не может включать и выключать электромагнит, потому что этот процесс переключения должен происходить очень быстро и с заданным интервалом. Итак, мы построили схему переключения, которая управляет электромагнитом для достижения плавающего электромагнитного поля .
Требуемый компонентСерийный номер | Название деталей/компонентов | Тип/модель/значение | Количество |
1 | Датчик Холла | А3144 | 1 |
2 | МОП-транзистор | Ирфз44Н | 1 |
3 | Сопротивление | 330 Ом | 1 |
4 | Сопротивление | 1к | 1 |
5 | Светодиодная индикация | 5мм любой цвет | 1 |
6 | Диод | ИН4007 | 1 |
7 | Магнитный провод калибра 26 или 27 | от 0,41 до 0,46 мм | 1 кг или больше |
8 | Доска Vero с точками | Маленький | 1 |
Полную схему магнитной левитации можно найти ниже. Как видите, он состоит всего из нескольких обычно доступных компонентов.
Основными компонентами этой схемы с магнитной левитацией «сделай сам» являются датчик Холла, полевой МОП-транзистор и электромагнитная катушка. Ранее мы использовали электромагнитные катушки для создания других интересных проектов, таких как мини-катушка Тесла, пистолет с электромагнитной катушкой и т. д.
Мы используем N-канальный МОП-транзистор Irfz44N для самого первого включения и выключения электромагнитов. Irfz44n / любой N-канальный MOSFET или аналогичный (NPN) мощный транзистор может использоваться для этой цели, который имеет возможность обработки больших токов, таких как TIP122 / 2N3055 и т. д. Транзистор Irfz44N выбран, потому что он обычно используется в проектах микроконтроллеров, работающих на 5 В, и является легко доступны на местных рынках. С другой стороны, 49Способность обработки тока стока при температуре 25 градусов. Его можно использовать с широким диапазоном напряжения.
Сначала я поэкспериментировал и протестировал схему и весь проект на 12-вольтовой конфигурации, но обнаружил, что моя электромагнитная катушка и полевой МОП-транзистор очень сильно нагревались, поэтому мне пришлось снова переключиться на 5В. Я не заметил никакой разницы или проблем, и MOSFET и катушка были при нормальной температуре. Кроме того, не было необходимости в радиаторе для Mosfet.
Резистор R1 используется для поддержания высокого напряжения на выводе затвора MOSFET (как подтягивающий резистор) для получения надлежащего порогового напряжения или напряжения срабатывания. Но когда неодимовые магниты находятся рядом с установленным в центре датчиком Холла (в середине электромагнитов) или неодимовые магниты находятся в пределах досягаемости датчика Холла, наша схема должна обеспечить отрицательный выходной сигнал на вывод затвора MOSFET. В результате падает напряжение на выводе get / control pin, вывод стока MOSFET для светодиодного индикатора и электромагнита также падает, и он отключается. Когда объекты, прикрепленные с помощью неодимовых магнитов, падают или падают из-за силы тяжести, неодимовые магниты выходят за пределы диапазона датчика холла, и теперь датчик холла не дает никаких выходных данных. Затворный контакт MOSFET становится высоким и быстро срабатывает (для управляющего контакта сопротивления R1 / затворного контакта уже высокий уровень), быстро возбуждает электромагнитную катушку и притягивает объект, прикрепленный неодимовыми магнитами. Этот цикл продолжается, а объекты остаются висящими.
Сопротивление R2 330 Ом используется для светящегося светодиода на 5 В (индикаторный светодиод) и ограничивает напряжение и ток для защиты светодиода. Диод D1 — это не что иное, как диод блокировки обратной связи, используемый в каждом устройстве с катушкой, например, реле для блокировки обратного напряжения обратной связи.
Сборка схемы магнитной левитацииНачните с сборки катушки для электромагнита. Для изготовления вентиляционного электромагнита сначала нужно сделать раму или корпус для электромагнитов. Для этого возьмите старую ручку диаметром около 8 мм, в которой уже есть центральное отверстие (в моем случае я измерил диаметр по нониусной шкале). Отметьте необходимую длину перманентным маркером и отрежьте примерно 25 мм.
Затем возьмите небольшой кусок картона/любого твердого бумажного материала или можно использовать оргстекло и вырежьте два куска намотки диаметром около 25 мм с отверстием в центре, как показано на рисунке ниже.
Закрепите все с помощью «feviquick» или с помощью любого крепкого клея. Наконец, рамка должна выглядеть так.
Если лень такое строить, можно взять старый держатель паяльной проволоки.
Корпус электромагнита готов. Теперь приступим к изготовлению электромагнитной катушки. Сначала сделайте небольшое отверстие с одной стороны диаметра обмотки и закрепите провод. Начните наматывать электромагнит и убедитесь, что он составляет около 550 витков. Каждый слой отделен лентой для виолончели или другими типами лент. Если вам так лень делать свои электромагниты (в моем случае я сделал свои электромагниты, которые также имеют преимущество работы с 5 В), вы можете взять его из реле 6 В или 12 В, но вы должны быть осторожны, чтобы ваш Датчик Холла A3144 принимает максимум 5 В. Таким образом, вам нужно использовать микросхему стабилизатора напряжения LM7805, чтобы подать питание на датчик Холла.
Когда ваша центральная катушка электромагнита с воздушным сердечником готова, отложите ее в сторону и перейдите к шагу 2. Расположите все компоненты и припаяйте ее к плате Vero, как показано на рисунках.
Для фиксации установки электромагнитной катушки и датчика Холла необходима подставка, т. к. государственная центровка установки катушки и датчика важна для стабильного подвешивания объекта навстречу силе тяжести. Я расположил два куска трубы, картона и небольшой кусок ПВХ. кожух проводки. Для разметки необходимой длины я использовал перманентный маркер, а для обрезки — ручную пилу и нож. И закрепил все с помощью клея и клеевого пистолета.
Проделайте отверстие в середине ПВХ. кожух проводки и закрепите катушку с помощью клея. После этого сложите датчик. Вставьте внутрь отверстия электромагнитную катушку. Пожалуйста, имейте в виду, что расстояние от висящего объекта (прикрепленного неодимовыми магнитами) до электромагнитной катушки зависит от того, насколько датчик вставлен в центральное отверстие электромагнита. Датчик Холла имеет определенное расстояние срабатывания, которое должно находиться в пределах диапазона электромагнитного притяжения, чтобы объекты идеально подвешивались. Наши Самодельное устройство электромагнитной левитации теперь готово к работе.
Работа и проверка схемы магнитной левитацииЗакрепите плату управления картоном, используя клейкую ленту с обеих сторон. Красиво соедините с рамой подставки с помощью кабельной стяжки. Выполните все соединения с цепью управления. Поместите датчик в центральное отверстие электромагнита. Настройте идеальное положение датчика Холла внутри электромагнита и установите максимальное расстояние между электромагнитом и неодимовыми магнитами. Расстояние может варьироваться в зависимости от силы притяжения вашего электромагнита. Зарядите его от мобильного зарядного устройства 5V 1Amp или 2Amp и проведите первый тест работы проекта.
Обратите внимание на некоторые важные моменты, касающиеся этого проекта электромагнитной левитации. Выравнивание установки катушки и датчика имеет важное значение. Поэтому необходимо подвешивать объекты стабильно и прямо навстречу силе тяжести. Стабильная система означает, что что-то сбалансировано. В качестве примера рассмотрим длинную палку, которую держат сверху. Он стабилен и висит прямо вниз навстречу силе тяжести. Если вы оттолкнете дно от прямого положения вниз, сила тяжести будет стремиться вернуть его обратно в устойчивое положение. Таким образом, из этого примера вы ясно понимаете, насколько важно прямое выравнивание катушки и датчика. Важно долго подвешивать объект прямо, не падая, поэтому мы делаем подставку для этого проекта. Для вашего лучшего понимания я создал блок-схему, чтобы показать важность стабильного подвешивания и то, как датчик и катушка должны быть установлены для достижения отличной производительности.
- Если вы хотите увеличить расстояние висящих предметов от электромагнита, вы должны увеличить мощность и диапазон притяжения электромагнита и изменить расположение/положение датчика.
- Если вы хотите повесить более крупные предметы, вам придется увеличить электромагнитную мощность. Для этого вам нужно увеличить МАКСИМАЛЬНЫЙ провод магнита и количество витков, а также требуется увеличенное количество неодимовых магнитов, прикрепленных к висящим предметам.
- Больший электромагнит потребляет больше тока, и моя схема пока работает только от 5В, но в некоторых случаях может возникнуть необходимость в повышенном напряжении в зависимости от параметра катушки.
- Если вы используете катушку реле 12 В или любую высоковольтную мощную электромагнитную катушку, не забудьте использовать регулятор напряжения LM7805 для датчика Холла A3144.Как сделать левитирующий предмет: парящие лампы, колонки и растения / Хабр