DIY การลอยด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า!: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

นี่เป็นโครงการที่จะทำให้ประหลาดใจและสร้างแรงบันดาลใจ! ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ทั้งหมดนั้นดีอย่างไรถ้าเราไม่สามารถทำอะไรเจ๋ง ๆ กับมันได้ใช่ไหม

ในโครงการนี้ เราจะใช้ส่วนประกอบสองสามอย่างที่ง่ายต่อการสร้างหรือค้นหาเพื่อสร้างขากรรไกรล่าง การดัดด้วยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า หรือ EMLEV ตามที่ผมเรียกมันว่า

ด้วยวงจรง่ายๆ แม่เหล็ก เซ็นเซอร์ Hall Effect และส่วนประกอบอื่นๆ สองสามอย่าง คุณจะสามารถลอยวัตถุในอากาศได้!

มาเริ่มกันเลย!

ขั้นตอนที่ 1: สิ่งที่คุณต้องการ

สำหรับโครงการนี้ เราจะต้องมีวงจรควบคุม แหล่งพลังงาน ขดลวด EM และแม่เหล็ก พร้อมด้วยฮาร์ดแวร์และเครื่องมือในการรวมเข้าด้วยกัน

รายการชิ้นส่วนมีดังนี้:

แผงวงจรดาวน์โหลดแผนผังที่นี่

รับชุดอะไหล่ที่นี่

(1) แผงวงจรขนาดเล็ก(1) LM7805 ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า(1) MIC502 IC(1) LMD18201 IC(1) SS495 A Hall Effect Sensor(1) 470uF Capacitor (electrolytic)(1) 1uF Capacitor (ceramic)(1) 0.1 uF Capacitor (เซรามิก)(1) 0.01uF Capacitor (เซรามิก)(1) 2 Slot Input Jack (+/-)(2) 2 Wire Connectors

(1) พาวเวอร์ซัพพลาย 12v/1a

(1) จอแสดงผลแรงดันไฟ LCD (อุปกรณ์เสริม)(1) ไฟ LED สีเขียว (อุปกรณ์เสริม)(1) ตัวต้านทาน 10K

โซลินอยด์ (20g 150-300 รอบ)(1) สลักเกลียวเหล็ก

ลวดสีต่างๆ (18-24g) (2-3) แผ่นแม่เหล็กนีโอไดเมียม(3) แผ่นลูกแก้ว 8"x10"(4) 12" x 5/15" แกนเกลียว(24) 5/16" น็อต(24) 5/ แหวนรอง 16" (8) ฝายาง 5/16" (อุปกรณ์เสริม)

เครื่องมือที่แสดง ได้แก่ หัวแร้งและหัวแร้ง สว่านและดอกสว่านขนาดไม่เกิน 5/16 และคุณยังต้องการมีเทปพันสายไฟหรือฟิล์มหด กาว และประแจที่ 5/16 อยู่ในมือ

ชิ้นส่วนทั้งหมดมีอยู่ที่นี่:

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

ขั้นตอนที่ 2: ทฤษฎีและส่วนประกอบหลัก

ทำไมเราไม่สามารถลอยวัตถุที่เป็นโลหะด้วยแม่เหล็กในระยะที่เหมาะสมได้? เนื่องจากเมื่อวัสดุเหล็กเข้าใกล้สนามแม่เหล็ก แรงจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ สิ่งนี้อธิบายโดยสิ่งที่เรียกว่ากฎกำลังสองของแม่เหล็กผกผันซึ่งระบุว่า:

ความเข้ม 1 / ความเข้ม 2 = ระยะทาง 1 / ระยะทาง 2

ดังนั้นจึงไม่มีจุดใดในอวกาศที่แม่เหล็กหรือแม่เหล็กไฟฟ้าจะระงับวัตถุโดยธรรมชาติโดยไม่ต้องสัมผัส เมื่อลงสนามจะไม่มีวันหวนกลับ!…เว้นแต่…

สนามแม่เหล็กที่แพร่กระจายสามารถแสดงในไดอะแกรม 2 มิติหรือบนฟิล์มดูแม่เหล็กเป็นเส้นของแรงที่เล็ดลอดออกมาจากขั้ว แม้แต่ในออสซิลโลสโคปก็ยังไม่สามารถบอกได้มากเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวและทิศทางของสนามด้วยสแนปชอตในสองมิติเท่านั้น (เช่นภาพลวงตาที่ฉาวโฉ่นี้) เมื่อสังเกตในแบบ 3 มิติ ฟิลด์นี้สามารถมองเห็นและรู้สึกว่าเป็นวงแหวน และในแง่ของเวลา เราจะเริ่มเห็นว่ามีลานเกลียวขยายพันธุ์ปรากฏขึ้น ในกรณีของแม่เหล็กไฟฟ้าก็เช่นเดียวกัน และเมื่อสนามยุบตัว สนามแม่เหล็กก็จะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งนี้อธิบายโดยสิ่งที่มักจะเรียกว่ากฎมือขวาและมือซ้ายของเฟลมิงส์

ดังนั้น ตามทฤษฎีแล้ว มันเป็นไปได้ที่จะสร้างกระแสน้ำวน/ลานสลับกันเพื่อปรับวัตถุให้อยู่ในตำแหน่งที่ต้องการ หลังจากทำการคำนวณตามสูตรข้างต้นแล้ว เราพบว่าเป็นไปได้โดยการสลับฟิลด์เหล่านี้อย่างแม่นยำและรวดเร็วเท่านั้น (50, 000 ครั้งต่อวินาทีหรือมากกว่านั้น!) ปัญหา? ไม่เลย. ด้วยส่วนประกอบไม่กี่อย่าง เราสามารถสร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบขยายและยุบตัวที่ควบคุมโดยเซ็นเซอร์ซึ่งตรวจจับความแรงของสนามและวงจรที่ใช้สนามที่เหมาะสมกับแม่เหล็กไฟฟ้า ส่วนประกอบทั้งหมดสามารถพบได้ที่นี่หรือเป็นชุดอุปกรณ์เพื่อให้โครงการนี้รวดเร็วและง่ายดาย เมื่อเรามีส่วนประกอบทั้งหมดพร้อมแล้ว มาเริ่มกันเลย!

ขั้นตอนที่ 3: สร้างสิ่งที่แนบมา

การสร้างตู้ของเราค่อนข้างตรงไปตรงมาด้วยวัสดุที่แนะนำ แต่คุณสามารถใช้สิ่งที่คุณวางอยู่รอบๆ ได้ตามสบาย กล่องหุ้มที่เรียบง่ายสุด ๆ นี้ได้รับแรงบันดาลใจจากหุ่นยนต์ที่ยอดเยี่ยมนี้เพื่อแสดงส่วนประกอบภายในทั้งหมด เมื่อเสร็จแล้ว ตู้ควรมีขนาด 8"Wx10"Dx12"H.

ขั้นแรก เราจะวางซ้อนและยึดลูกแก้วของเราไว้ แล้ววัดและเจาะสี่รูใกล้มุมเพื่อให้แน่ใจว่าจะเว้นที่ว่างจากขอบและเจาะด้วยดอกสว่านที่ใหญ่ขึ้นทีละน้อยเพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าว เมื่อเสร็จแล้วเราจะมีรูขนาด 5/16 นิ้วสี่รูที่มุมของแผ่นลูกแก้วทั้งสามแผ่น *อย่าลืมสังเกตการวางแนวเพื่อให้พอดีกัน ต่อไป เราจะเจาะรูหรือรูสำหรับแจ็คอินพุตของเราบนแผ่นใดแผ่นหนึ่ง อาจแตกต่างกันไปตามแจ็คของคุณ แต่ควรอยู่ใกล้ด้านหลังของกล่องหุ้ม ตอนนี้เราจะเริ่มสร้างกล่องหุ้ม เริ่มต้นด้วยการใส่แท่งเกลียวขนาด 5/16 สี่อันลงในรูของแผ่นใดแผ่นหนึ่งของคุณ ยึดแผ่นจากด้านล่างของแท่งประมาณ 1.5-2 นิ้วด้วยแหวนรองและน็อตหนึ่งอันที่แต่ละด้านของลูกแก้ว และเพิ่มตีนยาง ที่ด้านล่างของแต่ละคัน ตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างอยู่ในระดับก่อนดำเนินการต่อ

ต่อไปเราจะเพิ่มน็อตและแหวนรองประมาณ 3-4 นิ้วจากด้านบนของแท่งของเราแล้ววางแผ่นที่มีรูสำหรับแม่แรงอยู่ด้านบน

ขั้นตอนสุดท้ายในตู้ของเราคือการยึดแผ่นลูกแก้วแผ่นสุดท้ายไว้ด้านบนเมื่อเราเพิ่มส่วนประกอบในขั้นตอนต่อไป

ขั้นตอนที่ 4: ติดตั้งและรักษาความปลอดภัยส่วนประกอบ

ตอนนี้เรามีแพลตฟอร์มแล้ว เราก็สามารถสร้างและติดตั้งส่วนประกอบของเราได้

วงจรและโซลินอยด์คู่ที่ค่อนข้างง่ายนี้สามารถสร้างขึ้นได้ตามไดอะแกรมที่แนบมา หรือคุณสามารถรับวงจรที่สร้างไว้ล่วงหน้าได้ที่นี่ โปรดทราบว่า SS495 จะติดตั้งที่ด้านล่างของคอยล์ การเพิ่ม LED ช่วยให้คุณตรวจสอบกำลังไฟฟ้า และโวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลช่วยให้คุณตรวจจับโหลดเพื่อจุดประสงค์ในการปรับจูน ทั้งสองตัวเลือกเป็นทางเลือก สามารถต่อโดยตรงกับวงจรอินพุต 12v ด้วยตัวต้านทาน 10k แบบอินไลน์บนตัวนำร้อน (+) เป็นเรื่องสนุกที่รู้ว่าไอซีตัวใดตัวหนึ่งของวงจรออกแบบมาสำหรับตัวควบคุมมอเตอร์และอีกตัวหนึ่งมีไว้สำหรับพัดลม แต่รวมเข้ากับส่วนประกอบอื่นๆ สองสามตัว และเราสามารถใช้มันเพื่อลอยวัตถุในอากาศได้!

จากนั้นเราสามารถต่อสายแจ็คเข้ากับอินพุตของวงจรโดยสังเกตจากแผนภาพวงจร และจำไว้ว่าเคสของแจ็คคือกราวด์ (-)

ต่อไป เราจะเชื่อมต่อเอาท์พุต 1 และ 2 จาก LMD18201 IC กับโซลินอยด์คอยล์ของเรา ใส่โบลต์เหล็กเข้าไปตรงกลางของคอยล์และไปที่หัวของสลักเกลียว SS495 A Hall Effect Sensor ซึ่งเราจะเชื่อมต่อลีดของเราตามแผนภาพ ส่วนประกอบที่สร้างไว้ล่วงหน้าจะมีตัวเชื่อมต่อที่สามารถประกอบเข้าด้วยกันได้

ในตอนนี้อาจเป็นประโยชน์ในการรักษาความปลอดภัยทุกอย่างชั่วคราว เชื่อมต่อพลังงานอย่างระมัดระวัง และทดสอบสนามแม่เหล็กของโซลินอยด์ของโซลินอยด์

เมื่อพอใจแล้ว คุณสามารถรักษาความปลอดภัยส่วนประกอบของคุณกับแพลตฟอร์มได้ วงจรควรตั้งตรงเพื่อให้อากาศถ่ายเทและใกล้กับแจ็ค โซลินอยด์ควรให้ด้านที่เซ็นเซอร์คว่ำหน้าลง และสามารถวาง LED และ LCD เสริมได้ทุกที่ตามสะดวก การเพิ่มฟิล์มหดและฝาครอบลวด ณ จุดนี้ทำให้ทุกอย่างเรียบร้อยและช่วยหลีกเลี่ยงการลัดวงจรและสายไฟที่ดึง สุดท้าย เพื่อความปลอดภัยและครอบคลุมทุกอย่าง เราจะเพิ่มแผ่นลูกแก้วสุดท้ายของเรา ขั้นแรกให้ใส่น็อตและแหวนรองในแต่ละแกน จากนั้นจึงใส่แผ่นลูกแก้วแผ่นสุดท้ายแล้วปรับลงเพื่อให้แผ่นด้านบนสัมผัสกับโซลินอยด์ของคุณโดยยึดให้แน่น เมื่อเข้าที่และได้ระดับแล้ว ให้เพิ่มแหวนรองและน็อตและฝาปิดอีกสี่ตัวด้วยฝาปิดยางของคุณ

ขั้นตอนที่ 5: EMLEV ของคุณเสร็จสมบูรณ์แล้ว! เวลาในการปรับแต่งและทดสอบ

เราใกล้จะเสร็จแล้ว แต่เราต้องทำการคำนวณและปรับแต่งเล็กน้อยก่อนที่เราจะสามารถสร้างความประทับใจให้เพื่อนๆ และเพื่อนร่วมงานได้

เมื่อติดตั้งโซลินอยด์ของเรา การวางแนวของเราไม่ได้คำนึงถึงขั้ว ดังนั้น เราจะต้องเลือกขั้วแม่เหล็กให้ถูกกับขดลวด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ให้เชื่อมต่อพลังงานและเริ่มนำแม่เหล็กเข้าสู่สนามของโซลินอยด์ ด้านหนึ่งของแม่เหล็กจะดึงดูดอย่างต่อเนื่อง อีกด้านหนึ่งมีแนวโน้มที่จะล็อคตำแหน่งห่างจากขดลวดของเราหลายนิ้ว จดบันทึกด้านนี้ของแม่เหล็ก ระวังอย่าเข้าใกล้เกินไป ขั้วทั้งสองจะดึงดูดอย่างรุนแรงหากนำเข้าใกล้ขดลวดที่มีพลังงานมากเกินไป

ตอนนี้เรารู้แล้วว่าขั้วแม่เหล็กของเรากำลังใช้ขั้วไหนอยู่ เราจะมากำหนดน้ำหนักที่แม่เหล็กยึดได้ น้ำหนักน้อยเกินไปและโหลดจะดึงดูดโดยไม่ลอยตัว น้ำหนักมากเกินไปและสนามแม่เหล็กจะไม่สามารถเอาชนะแรงโน้มถ่วงและวัตถุของคุณจะตกลงมา คุณสามารถใช้การลองผิดลองถูกแบบสุ่มเพื่อค้นหาน้ำหนักที่เหมาะสมที่สุดโดยติดวัตถุสุ่มเข้ากับแม่เหล็กของคุณ อย่างไรก็ตาม ฉันขอแนะนำแนวทางที่นำไปสู่ผลลัพธ์เชิงปริมาณมากขึ้น ใช้น็อตและสลักเกลียวเล็กๆ ค่อยๆ เพิ่มลงในแม่เหล็กและทดสอบ เมื่อคุณพบจุดสมดุลแล้ว (คุณจะรู้สึกคลิกเล็กน้อยเมื่อล็อคเข้าที่) ให้สังเกตน้ำหนักของน้ำหนักโดยใช้เครื่องชั่งขนาดเล็ก จากนั้นเพิ่มหรือนำน้ำหนักเล็กน้อยออกเพื่อค้นหาช่วงของคุณและปรับให้เหมาะสมเพื่อความเสถียร จากนั้นคุณสามารถใช้สิ่งนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและเริ่มลอยอะไรก็ได้ภายในช่วงน้ำหนักนี้ ซึ่งมักจะอยู่ระหว่าง 45-55 กรัมโดยไม่รวมแม่เหล็ก

เมื่อทำงานอย่างถูกต้อง ให้เชื่อมต่อออสซิลโลสโคปเพื่อดูการทำงานของฟิลด์! ต้องขอบคุณการอ่านจาก DSO nano ของฉัน ทำให้เราสามารถเห็นได้อย่างแม่นยำว่าฟิลด์ที่เปลี่ยนแปลงกำลังเกิดขึ้นเมื่อใด และเพราะเหตุใด

ขั้นตอนที่ 6: เตรียมที่จะสร้างแรงบันดาลใจและตะลึงพรึงเพริด

ยินดีด้วย! คุณทำให้สิ่งที่เป็นไปไม่ได้เป็นไปได้!

ตอนนี้ EMLEV ของคุณควรสมบูรณ์ ทำงาน และจะลอยรายการใดๆ ในช่วงน้ำหนักที่กำหนด ตอนนี้เราสามารถเลือกวัตถุที่จะลอยได้ ลองติดแม่เหล็กกับหินหรือติดตะปูหรือน็อต ติดของที่ระลึก ความเป็นไปได้ไม่มีที่สิ้นสุด พวกเหล่านี้ถึงกับทำให้กบเป็นๆ ลอยอยู่ได้!

ฉันเลือกช้อนโต๊ะขนาดใหญ่เพื่อให้ได้ผลลัพธ์

"อย่าลอยช้อน มันเป็นไปไม่ได้ ให้พยายามเข้าใจความจริงเท่านั้น ไม่มีช้อน" - พารา เดอะเมทริกซ์ (1999)

อุปกรณ์นี้จะระเบิดจิตใจ ตาจะโป่ง กรามจะหล่น หัวจะระเบิด! มันเป็นเวทมนตร์? มันคือวิทยาศาสตร์? ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างนักมายากลและนักวิทยาศาสตร์ก็คือนักวิทยาศาสตร์บอกคุณว่ามันทำอย่างไร ขอบคุณสำหรับการตรวจสอบคำแนะนำของฉันและฉันแทบรอไม่ไหวที่จะเห็นสิ่งที่คุณลอยทิ้งรูปภาพไว้ในความคิดเห็น คิดว่าคำแนะนำนี้เจ๋งไหม? แจ้งให้เราทราบโดยคลิกที่ลงคะแนนที่ด้านบนของหน้า!

รางวัลรองชนะเลิศการประกวด Sensors Contest 2016

รางวัลรองชนะเลิศการประกวด Make It Fly 2016