Učinite sami magnetsku levitaciju prema jednostavnoj shemi. Stvorite efekt levitacije pomoću arduino DIY magnetske levitacije

Materijali za proizvodnju Levitrona

Da biste napravili top, trebat će vam neodimijski magnet. Možete ga uzeti iz zvučnika, koji ima natpis "Neodium transducer". Slični zvučnici koriste se u mobitelima. Najjači trajni magnet danas je neodimijski, napravljen od legure neodimija, bora i željeza. Toplina negativno će utjecati na njega, stoga ovaj magnet treba zaštititi od topline. Dakle, magnet za mobitel može biti dvije vrste - u obliku okrugli tanjur ili u obliku prstena. Prstenasti magnet se stavlja na sam vrh strogo u sredini, a magnet u obliku tableta zalijepljen je na os vrha odozdo. Materijal za sam vrh trebao bi biti lagani materijal poput kompozita ili plastike.

Postavka Levitron

Za početak top-a trebat će vam još nekoliko elemenata pomoću kojih možete podesiti debljinu platforme kako biste postigli normalnu rotaciju top-a. Trebat će nam plastika od pleksiglasa s listovima papira. Ako se vrh vrti normalno, počinjemo lagano podizati platformu dok ne poleti.

Ako nam vrcaljka poleti pretjeranom brzinom, treba joj povećati težinu. Ako odstupa u jednom smjeru, tada možete ispraviti situaciju postavljanjem listova papira ispod suprotnog. Ove vam radnje omogućuju podešavanje baze naše igračke tako da je jasno na razini mora.

I video s levitronima ...

Ovdje je rečeno i pokazano kako napraviti cool levitron vlastitim rukama!

Bio sam prisiljen sastaviti ovu letjelicu na sveučilištu :)

Učinio sam to u tandemu s kolegom iz razreda, čiji je zadatak bio napraviti nakazan slučaj, a od mene - elektronički nadjev.

Koliko je sve ispalo cool - prosudite sami, napišite komentare, bit će zanimljivo čitati, raspravljati.

Ne sjećam se točno kako smo došli na ideju da napravimo Levitron, tema zanata bila je besplatna. Dizajn se čini jednostavnim, ali privlači poglede.

Općenito, sam Levitron je uređaj koji podržava objekt u okruženju koje ni na koji način ne dolazi u dodir s bilo kojom površinom, osim kroz zrak. Također će raditi u vakuumu.

U ovom slučaju, elektronika tjera magnet da lebdi, a magnet se već može zalijepiti na, na primjer, limenku ukusnog jeftinog pića :)

Ako dobro pretražite internet, možete vidjeti puno toga različite opcije elektromagnetski levitron, na primjer:

Mogu se podijeliti na suspendirane i odbojne. Ako je u prvom slučaju potrebno jednostavno kompenzirati silu gravitacije, onda je u drugom to također pomak u horizontalnoj ravnini, budući da je prema Earnshawovu teoremu "svaka ravnotežna konfiguracija točkastih naboja nestabilna ako ništa ne djeluje na njih osim Coulombovih sila privlačenja i odbijanja." - citat iz wiki.

Iz ovoga slijedi da je viseći levitron lakše proizvesti i konfigurirati, ako je uopće potrebno. Nisam se htio puno gnjaviti, pa su za sveučilište napravili viseći levitron, o kojem se ovdje govori, a odvratni je već napravio voljenu osobu za sebe :) O tome će biti napisano u drugom članku. Malo kasnije ću obrisati ovaj tekst i dati link na njega ovdje. Radi odlično, ali ima i svojih nedostataka.

Zauzvrat, svi suspendirani levitroni također se mogu uvjetno podijeliti na digitalne i analogne prema načinu držanja predmeta na istoj udaljenosti. A prema vrsti senzora, oni se mogu podijeliti na optičke, elektromagnetske, zvučne i, vjerojatno, sve.

Odnosno, primamo analogni signal o udaljenosti magneta od Levitrona i već ispravljamo silu utjecaja na magnet digitalno. Međutim, visoka tehnologija.

Sama ideja posuđena je s web stranice geektimes, i isprintana matična ploča već je izrađen osobno za naš set dijelova. I u originalnom projektu korišteni su tropinski SS49 senzori, ali rokovi su bili jako zbijeni, bili su nam, blago rečeno, nerazumno skupi (4$ po komadu naspram 6$ za 10 komada u Kini - link za primjer), pa smo koristili četveropinske Hallove senzore. Morao sam promijeniti shemu i napraviti strukturne dodatke uređaju. Također, za veću upadljivost, dodan je blok LED dioda koje glatko svijetle kada se magnet podigne, odnosno kada Levitron počne raditi i glatko se gase kada se magnet ukloni. Sve će se to odraziti na dijagramu.

Zapravo, Levitron krug na četveropinskim senzorima:

I sklop Levitron na tropinskim senzorima i jednostavnije pozadinsko osvjetljenje:

Princip rada je prilično jednostavan. Zavojnica, koja je elektromagnet, privlači magnet kada je pod naponom - objekt se privlači. Senzor pričvršćen između magneta i zavojnice detektira povećanje magnetskog toka, što znači da se magnet približava. Elektronika to nadzire i odvaja zavojnicu od izvora napona. Magnet počinje padati pod djelovanjem sile gravitacije. Senzor detektira smanjenje magnetskog toka, što odmah detektira elektronika i na elektromagnet se dovodi napon, magnet se privlači – a to se događa vrlo često – oko 100 tisuća puta u sekundi. Postoji dinamička ravnoteža. Ljudsko oko to ne primjećuje. Frekvenciju oscilatora postavljaju otpornik i kondenzator na pinovima 5 i 6 TL494 čipa.

Drugi senzor s druge strane elektromagneta potreban je kako bi se kompenziralo magnetsko polje koje stvara sama zavojnica. Odnosno, da ovaj drugi senzor ne postoji, kada je elektromagnet uključen, sustav ne bi mogao razlikovati intenzitet magnetsko polje neodimijski magnet iz magnetskog polja koje stvara sam elektromagnet.

Dakle, imamo sustav od dva senzora, signal sa kojih se dovodi do operacijskog pojačala u diferencijalnoj vezi. To znači da se samo razlika napona primljena od senzora pojavljuje na izlazu operacijskog pojačala.

Na primjer. Jedan od senzora ima izlazni napon od 2,5 V, a drugi ima napon od 2,6 V. Izlaz će biti 0,1 V. Ovaj diferencijalni signal nalazi se na pinu 14 LM324 čipa prema dijagramu.

Nadalje, ovaj signal se dovodi do sljedeća dva operacijska pojačala - OP1.1, OP 1.3, čiji izlazni signali prolaze kroz diodni ventil do 4. izlaza mikro kruga TL494. Diodni ventil na diodama D1, D2 prolazi samo jedan od napona - onaj koji će biti veći po nominalnoj vrijednosti. Zaključak br. 4 PWM kontrolera pokreće kako slijedi - što je veći napon na ovom pinu, niži je radni ciklus impulsa. Otpornik R9 je dizajniran tako da u situaciji kada je napon na ulazima diodnog ventila manji od 0,6 V - pin br. 4 je nedvosmisleno povučen na masu - dok će PWM proizvesti maksimalni radni ciklus.

Vratimo se operacijskim pojačalima OP1.1, OP 1.3. Prvi služi za isključivanje PWM kontrolera dok je magnet na dovoljno velikoj udaljenosti od senzora da zavojnica ne radi u maksimalnom leru.

Koristeći OP 1.3, postavljamo pojačanje diferencijalnog signala - zapravo, postavlja dubinu povratne veze (OS). Što je jača povratna sprega, to će sustav jače reagirati na približavanje magneta. Ako dubina OS-a nije dovoljna, magnet se može približiti i uređaj neće početi smanjivati ​​snagu koja se pumpa u elektromagnet. A ako je dubina OS-a prevelika, tada će radni ciklus početi padati prije nego što ga sila privlačenja magneta može zadržati na ovoj udaljenosti.

Nije potrebno postavljati promjenjivi otpornik P3 - on služi za podešavanje frekvencije generatora.

OP1.2 je generator napona od 2,5 V potreban za četveropinske senzore. Nije potreban za SS49 3-pinske senzore.

Zaboravio sam spomenuti elemente C1, R6 i R7. Njihov trik je u tome što se konstantni signal ovdje smanjuje 10 puta zbog otpornika, a varijabilni signal tiho prolazi dalje zbog kondenzatora, čime se postiže naglasak kruga na oštrim promjenama udaljenosti magneta od senzora.

Dioda SD1 dizajnirana je za prigušivanje povratnih prenapona u trenutku kada se napon isključi na elektromagnetu.

Čvor na T2 omogućuje glatko uključivanje i isključivanje LED linije kada se na elektromagnetu pojave impulsi.

Prijeđimo na dizajn.

Jedan od ključne točke u levitronu je elektromagnet. Napravili smo okvir na temelju neke vrste konstrukcijskog vijka, na kojem su okrugle stranice izrezane od šperploče.

Magnetski tok ovdje ovisi o nekoliko ključnih čimbenika:

• prisutnost jezgre;
• geometrija zavojnice;
• struja zavojnice

Pojednostavljeno rečeno, što je zavojnica veća i što u njoj teče više struje, to jače privlači magnetske materijale.

Kao namot korištena je PEL žica 0,8 mm. Navijali su na oko sve dok se dimenzije zavojnice nisu učinile impresivnima. Pokazalo se sljedeće:

Možda nije moguće pronaći potrebnu žicu u našem području, ali je prilično lako pronaći u online trgovinama - žica od 0,4 mm za namatanje zavojnice.

U međuvremenu je namotana zavojnica, a ploča je pripremljena i jetkana. Rađena je LUT tehnologijom, crtež ploče je rađen u programu Sprint LayOut. Levitron ploču možete preuzeti s poveznice.

Ploča je urezana u ostatke amonijevog persulfata, čija je prazna limenka uspješno korištena kasnije u ovom projektu :)

Želim napomenuti da postavljanje dijelova, kao i ožičenje staza, podrazumijevaju vrlo precizno lemljenje, jer je lako napraviti spojeve tamo gdje ne bi trebali biti. Ako nema takvih vještina, sasvim je dopušteno to učiniti s komponentama velike veličine na maketa, ovako, i spojite pomoću žica na stražnjoj strani.

Kao rezultat toga, plaćanje je ispalo ovako:

Ploča je vrlo ergonomski uklopljena u dimenzije zavojnice i pričvršćena je direktno na nju uz pomoć moćnog topivog ljepila, pretvarajući se tako u jedan monoblok - priključio se na struju, postavio i sustav je radio.

Ali sve je to bilo prije nego što je elektromagnet bio spreman. Ploča je napravljena nešto ranije, a kako bi se nekako testirala izvedba uređaja, privremeno je spojena manja zavojnica. Prvi rezultat zadovoljan.

Senzori, kao što je već spomenuto, koriste se iz sustava za praćenje položaja BLDC motora, četveropinski. Budući da o njima nije bilo moguće pronaći dokumentaciju, morao sam empirijski otkriti koji su zaključci za što zaslužni. Faktor oblika izgleda ovako:

U međuvremenu je veliki elektromagnet stigao na vrijeme. Ovo mi je dalo puno nade :)

Prvi testovi s velikim elektromagnetom pokazali su prilično veliku radnu udaljenost. Ovdje postoji jedno upozorenje - senzor, koji se nalazi na bočnoj strani neodimijskog magneta, trebao bi biti malo dalje od zavojnice za pouzdan rad elektronike.

Zadnja fotografija je više kao svemirski satelit. Usput, ovako bi mogao biti dizajniran ovaj Levitron. A za one koji namjeravaju ponoviti dizajn - sve je naprijed :)

Kao levitirajući objekt odlučeno je koristiti limenku bezalkoholnog pića. Izvajamo magnet na banku na dvostranoj traci, provjerite.

Radi odlično, općenito se uređaj može smatrati spremnim. Sve što je ostalo je vanjski izgled. Potporna greda napravljena je od šipki i šipki, tijelo našeg monobloka izrađeno je od iste prazne plastične limenke od amonijevog persulfata. Iz monobloka izlaze samo dvije žice za napajanje, kako je i predviđeno.

Do tada je već bio zalemljen montaža na šarkama shema za glatko okretanje niza LED dioda, sama je linija uspješno montirana na sveprisutno topivo ljepilo.

Blok posuđen iz nekog pisača, pretvoren sa 42 V na 12 V, služi kao napajanje.

Pokazat ću i izgled napajanja :)

Zatim je izrađen stalak od šperploče u koji je postavljen izvor napajanja i konektor za spajanje 220 V. Za ljepotu je na vrhu zalijepljena platnena tkanina, cijela je konstrukcija obojena u žuto-crnu boju. Staklenka je promijenjena jer je tijekom pokusa bila malo naborana.

Iz svega toga, osim efekta levitacije, ispalo je vrlo divno noćno svjetlo.

Video ću dodati malo kasnije, ali za sada, kao vrhunac svega, želim reći da je moj dizajn lako ponovio 13-godišnji učenik mog radio kluba.

još izgled nije doveden do gotove verzije, ali elektroničko punjenje radi prema očekivanjima. Fotografija njegovog dizajna:

Načelo rada igračke Levitron, koja jasno pokazuje stanje bestežinskog stanja, temelji se na djelovanju magnetskog polja koje drži predmete male veličine u zraku.

Takve igračke, nažalost, domaća industrija još ne proizvodi, pa se potražnja za njima ne može zadovoljiti. Naravno, moguće je naručiti Levitron iz inozemstva, ali cijena igračke (već prilično visoka - 35 USD) značajno raste zbog troškova dostave.

Ali s druge strane, ništa vas ne može spriječiti da napravite Levitron vlastitim rukama jedan od dva poznate načine: na elektromagnet ili na trajne magnete.

Druga od ovih metoda je lakši od prvog Osim toga, nisu potrebna specifična znanja iz područja fizike, a ovom uređaju također nije potrebna električna energija.

Materijali za proizvodnju Levitrona

Dakle, potrebna su nam tri prstenasta magneta dovoljne snage za izradu igračke. Magneti iz niskofrekventnih zvučnika, čiji je vijek trajanja odavno istekao, sasvim su prikladni za našu svrhu.

Da biste napravili top, trebat će vam neodimijski magnet. Možete ga uzeti iz zvučnika, koji ima natpis "Neodium transducer". Slični zvučnici koriste se u mobitelima. Najjači trajni magnet danas je neodimijski, napravljen od legure neodimija, bora i željeza. Visoka temperatura će negativno utjecati na njega, stoga ovaj magnet treba držati podalje od topline. Dakle, magnet za mobitel može biti dvije vrste - u obliku okrugle ploče ili u obliku prstena. Magnet u obliku prstena stavlja se na sam vrh strogo u sredini, a magnet u obliku tablete zalijepljen je na os vrha odozdo.Materijal za sam vrh trebao bi biti lagani materijal, poput kompozita ili plastike.

Postavka Levitron

Postavljanju treba pristupiti s posebnom pažnjom, jer je ovaj dio posla ključan i oduzima najviše vremena. Prstenasti magneti moraju biti međusobno povezani suprotnim polaritetima. Na njih treba postaviti ploču (ne metalnu) debljine do 1 cm, a vrh će se pažljivo ugraditi u bazu Levitrona - središte magneta. Ako primijetite da vrh skreće u stranu, magnet je potrebno zamijeniti drugim s većim promjerom.

Za početak top-a trebat će vam još nekoliko elemenata pomoću kojih možete podesiti debljinu platforme kako biste postigli normalnu rotaciju top-a. Trebat će nam plastika od pleksiglasa s listovima papira. Ako se vrh vrti normalno, počinjemo lagano podizati platformu dok ne poleti.

Ako nam vrcaljka poleti pretjeranom brzinom, treba joj povećati težinu. Ako odstupa u jednom smjeru, tada možete ispraviti situaciju postavljanjem listova papira ispod suprotnog. Ove vam radnje omogućuju podešavanje baze naše igračke tako da je jasno na razini mora.

Magnetska levitacija uvijek izgleda impresivno i očaravajuće. Takav uređaj danas se ne može samo kupiti, već i napraviti sami. A da bi se stvorio takav uređaj za magnetsku levitaciju, nije potrebno potrošiti puno novca i vremena na to.

NA ovaj materijal bit će predstavljen dijagram i upute za sastavljanje magnetskog levitatora od jeftinih komponenti. Sama montaža neće trajati više od dva sata.

Ideja ovog uređaja pod nazivom Levitron je vrlo jednostavna. Elektromagnetska sila podiže komad magnetskog materijala u zrak, a kako bi se stvorio efekt lebdenja, objekt se diže i spušta u vrlo malom rasponu visina, ali na vrlo visokoj frekvenciji.

Za sastavljanje Levitrona potrebno vam je samo sedam komponenti, uključujući zavojnicu. Shema uređaja za magnetsku levitaciju prikazana je u nastavku.

Dakle, kao što vidimo iz dijagrama, osim zavojnice, potreban nam je tranzistor s efektom polja, na primjer, IRFZ44N ili neki drugi sličan MOSFET, HER207 dioda ili nešto poput otpornika 1n4007, 1KΩ i 330Ω, A3144 Hall senzor, i dodatni LED indikator. Zavojnica se može izraditi samostalno, za to će biti potrebno 20 metara žice promjera 0,3-0,4 mm. Za napajanje kruga možete uzeti punjač od 5 V.

Da biste napravili zavojnicu, trebate uzeti bazu s dimenzijama prikazanim na sljedećoj slici. Za našu zavojnicu bit će dovoljno namotati 550 zavoja. Nakon završetka namotavanja, poželjno je izolirati zavojnicu nekom vrstom električne trake.

Sada zalemite gotovo sve komponente osim Hallovog senzora i zavojnice na malu pločicu. Postavite Hallov senzor u rupu zavojnice.

Pričvrstite zavojnicu tako da bude iznad površine na određenoj udaljenosti. Nakon toga se može napajati ovaj uređaj za magnetsku levitaciju. Uzmite mali komad neodimijskog magneta i prinesite ga do dna zavojnice. Ako je sve učinjeno kako treba, tada će ga elektromagnetska sila pokupiti i zadržati u zraku.

Ako vam ovaj uređaj ne radi ispravno, provjerite senzor. Njegov osjetljivi dio, odnosno ravna strana s natpisima, treba biti paralelna s tlom. Također, za levitaciju, oblik tablete, koji je svojstven većini prodanih neodimskih magneta, nije najuspješniji. Kako težište ne bi "šetalo", morate ga prenijeti na dno magneta, pričvrstiti nešto ne previše teško, ali ni previše lagano. Na primjer, možete dodati komad kartona ili debelog papira, kao na prvoj slici.

Zamoljen da vam dam Nova godina Antigravitacijski Djed Mraz ne bi trebao odgovoriti na "Nemoguću misiju". Čujte takav odgovor, znajte - djed je lažan. Jer znanstvene igračke s antigravitacijskim elementima postoje i već se nekoliko godina prodaju za 30-60 dolara.

U Seattleu postoji tvrtka prikladnog naziva Fascinations Toys and Gifts. Čar njezinih proizvoda je u tome što na prvu djeluju nestvarno. Istina, za razliku od čarobnjaka, kreatori neobičnih suvenira rado otkrivaju svoje tajne.

Prije svega, želio bih reći o "Levitronu" (Levitron). Pred nama je nešto poput pepeljare (nazvat ćemo je postolje) nad kojom u zraku visi i vrti se vrtnja. Antigravitacijski uređaj. Zabavlja "Levitron" na sljedeći način:

Priloženi tanjur uzmete u ruku i držite ga iznad baze. Na vrh tanjura stavite vrč i snažno je okrećite kažiprstom i palcem.

Zatim se ploča polako podiže, zatim spušta i uklanja - žiroskop ostaje lebdjeti u zraku, okrećući se i malo njišući.

Stvar je dobra, ali praktički beskorisna na farmi (foto hobbytron.net).

Igračka ne zahtijeva struju. Ovdje se koristi stalni magneti postavljen i u bazu i u žiroskop.

Sa stajališta klasične fizike, nemoguće je postići stabilnost dva odbojna magneta od kojih jedan lebdi na vrhu drugoga.

Stručnjaci iz Fascinationsa objašnjavaju da su uspjeli pronaći iznimku od pravila.

Točnije, pronašao ga je izumitelj Roy M. Harrigan i patentirao u svibnju 1983. godine.

Kao što ste pogodili, rotacija sprječava prevrtanje gornjeg magneta. Ali što ga sprječava da sklizne bočno i odleti s magnetskog jastuka?

Donji magnet, odnosno njegovo polje, ima složen oblik. A kada vrh odstupi od središta, javlja se sila koja ga gura natrag u točku ravnoteže.

Izgleda kao "Levitron", napravljen ručno (foto hcrs.at).

Ta je sila vrlo mala i stoga će lansiranje Levitrona zahtijevati obuku.

Ravnoteža u ovom sustavu toliko je osjetljiva da na nju utječe temperatura u prostoriji ili čak male fluktuacije zemljinog magnetizma.

Set igračaka uključuje set od 5 utega - težine od 3 do 0,1 grama. Njihovom kombinacijom postiže se ravnoteža.

Podesive noge baze omogućuju vam da ga postavite točno vodoravno, a osim toga, potrebno je promatrati određenu orijentaciju prema kardinalnim točkama.

Konačno, sam proces podizanja i uklanjanja ploče rotirajućim žiroskopom zahtijeva izuzetan oprez. I što brže možete vrtjeti vrh, to će dulje lebdjeti.

Ako vas je levitirajući vrh dovoljno osvojio, inovatori iz Seattlea spremni su ponuditi vam dodatne dodatke za Levitron.

Na primjer, "Perpetuator" (Perpetuator), ovaj put već spojen na utičnicu. Za razliku od obične baze, ova ima dodana elektromagnetska polja koja održavaju vrtnju vrha kako bi tjednima visila nad vašim stolom.

Još jedna antigravitacijska igračka zove se Art Bank. Ova kutija unutar koje lebdi teniska loptica, model aviona, novčić ili omot od bombona.

Osim toga, tu je i "leteći globus" - Amazing Anti-Gravity Globes.

Antigravitacijski globus je stvarno stvar (foto fascinations.com).

Još jedna “fizička” kreacija Fascinationsa su lagani i prozirni vodopadi (Gosammer Falls). Ovo je cijela kolekcija vodopada, da tako kažem, za dom i ured.

Zaslužuju spomenuti jer, za razliku od mnogih analoga, pokazuju zanimljiv učinak.

Voda u njima teče u širokom i tankom sloju, koji nikada ne puca, ni na jednom mjestu. Kako je ovo moguće?

Voda, izlijevajući se čak i iz tankog proširenog otvora, nastoji se skupiti u više ili manje kompaktan mlaz, a ako to nije moguće, probija se u odvojeni tokovi raspada se u kapljice.