DIY elektromagnetische levitatie! 6 stappen (met afbeeldingen) Antwoorden op al uw "Hoe?"

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Dit is een project dat zal verbazen en inspireren! Wat heb je aan al die wetenschappelijke knowhow als we er niets leuks mee kunnen doen, toch?

Met dit project gaan we een aantal componenten gebruiken die gemakkelijk te maken of te vinden zijn om een adembenemende, verbluffende Electromagnetic Levitator, of EMLEV zoals ik het noem, te bouwen.

Met behulp van enkele eenvoudige schakelingen, een magneet, een Hall-effectsensor en een paar andere componenten kun je objecten in de lucht laten zweven!

Laten we beginnen!

Stap 1: Wat heb je nodig

Voor dit project hebben we een controllercircuit, een stroombron, een EM-spoel en een magneet nodig, samen met de hardware en gereedschappen om alles samen te stellen.

De onderdelenlijst is als volgt:

PrintplaatDOWNLOAD HIER HET SCHEMA

KRIJG HIER DE ONDERDELENKIT

(1) Kleine printplaat(1) LM7805 Spanningsregelaar(1) MIC502 IC(1) LMD18201 IC(1) SS495 A Hall-effectsensor(1) 470uF condensator (elektrolytisch)(1) 1uF condensator (keramisch)(1) 0,1 uF-condensator (keramisch)(1) 0,01uF-condensator (keramisch)(1) 2-slots ingangsaansluiting (+/-)(2) 2-draads connectoren

(1) 12v/1a voeding

(1) LCD-spanningsweergave (optioneel)(1) Groene LED (optioneel)(1) 10K-weerstand

Solenoïde (20g 150-300 toeren)(1) Stalen bout

Verschillende gekleurde draad (18-24g) (2-3) Neodymium schijfmagneten (3) 8"x10" plexiglasplaten (4) 12" x 5/15" draadstang (24) 5/16" moeren (24) 5/ 16" ringen (8) 5/16" rubberen doppen (optioneel)

Getoonde gereedschappen zijn onder meer een soldeerbout en soldeer, boren en bits tot 5/16 en je zult ook wat isolatietape of krimpfolie, lijm en 5/16e sleutel bij de hand willen hebben.

Alle onderdelen zijn HIER verkrijgbaar:

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

Stap 2: Theorie en kerncomponenten

Waarom kunnen we metalen voorwerpen niet gewoon laten zweven met een magneet op de juiste afstand? Omdat, als een ijzerhoudend materiaal een magnetisch veld nadert, de kracht exponentieel toeneemt. Dit wordt beschreven door wat de magnetische inverse kwadratenwet wordt genoemd, die stelt:

Intensiteit1 / Intensiteit2 = Afstand1 / Afstand2

Er is dus geen punt in de ruimte waar een magneet of elektromagneet een object op natuurlijke wijze zal ophangen zonder contact te maken. Eenmaal in het veld is er geen weg meer terug!… Tenzij…

Een zich voortplantend magnetisch veld kan worden weergegeven in 2D-diagrammen of op magnetische kijkfilms als krachtlijnen die uit de polen komen. Zelfs op een oscilloscoop is het onmogelijk om veel te vertellen over de beweging en richting van het veld met alleen snapshots in twee dimensies (zoals deze beruchte illusie). Wanneer waargenomen in 3D kan dit veld worden gezien en gevoeld als toroidaal en met betrekking tot de tijd beginnen we te zien dat er een zich voortplantend spiraalvormig veld ontstaat. Dit is hetzelfde in het geval van een elektromagneet, en wanneer het veld instort, doet het dat in de tegenovergestelde richting. Dit wordt beschreven door wat gewoonlijk wordt aangeduid als Vlamingen Rechter- en Linkerhandregels.

In theorie zou het dus mogelijk zijn om afwisselende wervels/helices te creëren om een object in een gewenste positie te brengen. Na wat berekeningen te hebben gedaan op basis van de bovenstaande formule, ontdekken we dat dit alleen mogelijk is door deze velden precies en snel af te wisselen (50.000 keer per seconde of meer!) Probleem? Helemaal niet. Met een paar componenten kunnen we een zich voortplantend en instortend elektromagnetisch veld creëren dat wordt bestuurd door een sensor die de veldsterkte detecteert en een circuit dat het juiste veld op een elektromagneet aanbrengt. Componenten zijn hier allemaal afzonderlijk te vinden of hier als kit om dit project snel en gemakkelijk te maken. Nu we al onze componenten gereed hebben, gaan we aan de slag!

Stap 3: Bouw de behuizing

Het bouwen van onze behuizing is vrij eenvoudig met de aanbevolen materialen, maar voel je vrij om te gebruiken wat je hebt liggen. Deze supereenvoudige behuizing is geïnspireerd op deze geweldige robot om te pronken met alle interne componenten. Wanneer voltooid, moet de behuizing 8"Bx10"Dx12"H zijn.

Eerst zullen we ons plexiglas stapelen en vastzetten en vier gaten in de buurt van de hoeken meten en boren, waarbij we ervoor zorgen dat er ruimte overblijft vanaf de randen en boren met stapsgewijs grotere bits om barsten te voorkomen. Als we klaar zijn, hebben we vier gaten van 5/16 inch in de hoeken van alle drie de plexiglasplaten. *Let op de richting voor een symmetrische pasvorm. Vervolgens boren we een gat of gaten voor onze invoeraansluiting op een van de vellen. Dit kan variëren, afhankelijk van uw aansluiting, maar moet zich in de buurt van de achterkant van de behuizing bevinden. We beginnen nu met het bouwen van de behuizing. Begin met het plaatsen van de vier 5/16 draadstangen in de gaten van een van uw vellen. Zet het vel ongeveer 1,5-2 inch vanaf de onderkant van de stangen vast met één ring en moer aan elke kant van het plexiglas en voeg een rubberen voet toe aan de onderkant van elke staaf. Zorg ervoor dat alles waterpas is voordat u verder gaat.

Vervolgens voegen we een moer en een ring toe ongeveer 3-4 inch vanaf de bovenkant van onze staven en plaatsen het blad met het gat voor de krik erop.

De laatste stap naar onze behuizing is het bevestigen van het laatste vel plexiglas aan de bovenkant zodra we de componenten in de volgende stap hebben toegevoegd.

Stap 4: Monteer en beveilig componenten

Nu we een platform hebben, kunnen we onze componenten bouwen en installeren.

Dit relatief eenvoudige circuit en solenoïdepaar kan worden gebouwd volgens het bijgevoegde diagram of u kunt hier een vooraf gebouwd exemplaar krijgen. Merk op dat de SS495 aan de onderkant van de spoel wordt gemonteerd. Door een LED toe te voegen, kunt u het vermogen controleren en met een digitale voltmeter kunt u een belasting detecteren voor afstemmingsdoeleinden, beide optioneel, ze kunnen rechtstreeks worden aangesloten op de 12v-ingang van de circuits met een in-line 10k-weerstand op de hete kabel (+). Het is leuk om te weten dat een van de IC's van het circuit is ontworpen voor een motorcontroller en de andere is bedoeld voor een ventilator, maar voeg ze samen met een paar andere componenten en we kunnen het gebruiken om objecten in de lucht te laten zweven!

We kunnen dan de aansluiting aansluiten op de ingang van het circuit, rekening houdend met het schakelschema en onthouden dat de behuizing van de aansluiting de grond is (-).

Vervolgens zullen we uitgangen 1 en 2 van onze LMD18201 IC verbinden met onze magneetspoel. Steek een stalen bout in het midden van de spoel en aan de kop van de bout monteer je de SS495 A Hall-effectsensor waarop we onze kabels zullen aansluiten volgens het diagram. Vooraf gebouwde componenten bevatten connectoren die gewoon in elkaar kunnen worden geklikt.

Het kan op dit moment handig zijn om alles tijdelijk vast te zetten, de voeding zorgvuldig aan te sluiten en het veld van de magneet te testen met uw magneet.

Als u tevreden bent, kunt u uw componenten op het platform beveiligen. Het circuit moet rechtop staan om luchtstroom mogelijk te maken en in de buurt van de aansluiting, de solenoïde moet de kant met de sensor naar beneden hebben en de optionele LED en LCD kunnen overal worden geplaatst waar het handig is. Door op dit punt wat krimpfolie en draadafdekkingen toe te voegen, wordt alles netjes en worden kortsluitingen en getrokken draden voorkomen. Ten slotte, om alles verder te beveiligen en te bedekken, voegen we onze laatste plexiglasplaat toe. Voeg eerst een moer en een ring toe aan elke staaf, dan de laatste plexiglasplaat en pas deze aan zodat de bovenste plaat contact maakt met uw solenoïde en deze stevig op zijn plaats houdt. Eenmaal op zijn plaats en waterpas, voegt u nog vier ringen en moeren toe en sluit u af met uw rubberen einddoppen.

Stap 5: Uw EMLEV is voltooid! Tijd om af te stemmen en te testen

We zijn bijna klaar; maar we zullen een paar berekeningen en een beetje afstemming moeten doen voordat we vrienden en collega's kunnen imponeren.

Bij het monteren van onze solenoïde hield onze oriëntatie geen rekening met polariteit. Daarom moeten we de juiste pool van onze magneet selecteren om naar onze spoel te kijken. Om dit te doen, sluit u de stroom aan en begint u de magneet in het veld van de solenoïde te brengen. De ene kant van de magneet zal continu aantrekken, de andere zal de neiging hebben om enkele centimeters van onze spoel te vergrendelen, noteer deze kant van de magneet. Pas op dat u niet te dichtbij komt; beide polen zullen hevig aantrekken als ze te dicht bij de geactiveerde spoel worden gebracht.

Nu we weten welke pool van onze magneet we gebruiken, gaan we bepalen welk gewicht hij kan dragen. Te weinig gewicht en de lading zal aantrekken zonder te zweven, te veel gewicht en het magnetische veld zal de zwaartekracht niet kunnen overwinnen en uw object zal vallen. U kunt willekeurig vallen en opstaan gebruiken om het optimale gewicht te vinden door willekeurige objecten aan uw magneet te bevestigen, maar ik stel een benadering voor die tot meer gekwantificeerde resultaten leidt. Gebruik kleine moeren en bouten, voeg ze stapsgewijs toe aan uw magneet en test. Zodra u een evenwichtspunt heeft gevonden (u voelt een lichte klik als het op zijn plaats klikt), noteert u het gewicht van de lading met behulp van een kleine schaal. Voeg vervolgens kleine hoeveelheden gewicht toe of verwijder ze om uw bereik te vinden en te optimaliseren voor stabiliteit. Je kunt dit dan als referentie gebruiken en beginnen met het laten zweven van alles binnen dit gewichtsbereik, dat meestal tussen de 45-55 gram ligt, exclusief de magneet.

Sluit bij correct functioneren een oscilloscoop aan om de velden in actie te zien! Dankzij de metingen van mijn DSO-nano kunnen we precies zien wanneer het veranderende veld zich voordoet en waarom.

Stap 6: Bereid je voor om te inspireren en te verbazen

Gefeliciteerd! Je hebt het onmogelijke mogelijk gemaakt!

Je EMLEV zou nu compleet moeten zijn, functioneren en zal elk item in het vastgestelde gewichtsbereik laten zweven. Nu kunnen we een object kiezen om te laten zweven. Bevestig de magneet aan een steen of bevestig spijkers of moeren, bevestig een aandenken, de mogelijkheden zijn eindeloos, deze jongens hebben zelfs een levende kikker laten zweven!

Ik koos een grote eetlepel voor effect.

"Laat de lepel niet zweven; dat is onmogelijk. Probeer in plaats daarvan alleen de waarheid te beseffen. Er is geen lepel." - para. De matrix (1999)

Dit apparaat zal versteld staan; ogen zullen uitpuilen, kaken zullen vallen en hoofden zullen ontploffen! Is het magie? Is het wetenschap? Het enige verschil tussen een goochelaar en een wetenschapper is dat een wetenschapper je vertelt hoe het moet. Bedankt voor het bekijken van mijn Instructable en ik kan niet wachten om te zien wat je laat zweven, laat foto's achter in de reacties. Denk je dat dit Instructable cool is? Laat het me weten door op stemmen bovenaan de pagina te klikken!

Tweede prijs in de Sensors Contest 2016

Tweede prijs in de Make It Fly-wedstrijd 2016