Levitação eletromagnética faça você mesmo !: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este é um projeto que vai surpreender e inspirar! De que adianta todo esse know-how científico se não podemos fazer algo legal com ele, certo?

Com este projeto, vamos usar alguns componentes que são fáceis de fazer ou encontrar para construir um Levitador Eletromagnético de cair o queixo, dobrar a mente ou EMLEV, como eu o chamo.

Com a ajuda de alguns circuitos simples, um ímã, um sensor de efeito Hall e alguns outros componentes, você poderá levitar objetos no ar!

Vamos começar!

Etapa 1: O que você precisa

Para este projeto, precisaremos de um circuito controlador, uma fonte de alimentação, uma bobina EM e um ímã junto com o hardware e as ferramentas para colocá-los todos juntos.

A lista de peças é a seguinte:

Placa de circuito DESCARREGUE O ESQUEMA AQUI

OBTENHA O KIT DE PEÇAS AQUI

(1) Placa de circuito pequeno (1) Regulador de tensão LM7805 (1) MIC502 IC (1) LMD18201 IC (1) Sensor de efeito Hall SS495 A (1) Capacitor 470uF (eletrolítico) (1) Capacitor 1uF (cerâmica) (1) 0,1 Capacitor uF (cerâmica) (1) Capacitor 0,01uF (cerâmica) (1) Conector de entrada de 2 slots (+/-) (2) Conectores de 2 fios

(1) Fonte de alimentação 12v / 1a

(1) Visor LCD de tensão (opcional) (1) LED verde (opcional) (1) Resistor de 10K

Solenóide (20g 150-300 voltas) (1) Parafuso de aço

Vários fios coloridos (18-24g) (2-3) Ímãs de disco de neodímio (3) Folhas de acrílico 8 "x10" (4) Haste roscada de 12 "x 5/15" (24) Porcas de 5/16 "(24) 5 / Arruelas de 16 "(8) Tampas de borracha de 5/16" (opcional)

As ferramentas mostradas incluem ferro de solda e solda, broca e brocas de até 5/16 e você também vai querer um pouco de fita isolante ou filme plástico, cola e chave 5/16 à mão.

Todas as peças estão disponíveis AQUI:

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

Etapa 2: Teoria e Componentes Principais

Por que não podemos simplesmente levitar objetos de metal com um ímã na distância certa? Porque, à medida que um material ferroso se aproxima de um campo magnético, a força aumenta exponencialmente. Isso é descrito pela chamada lei do inverso do quadrado magnético, que afirma:

Intensidade1 / Intensidade2 = Distância1 / Distância2

Portanto, não há nenhum ponto no espaço onde um ímã ou eletroímã irá suspender naturalmente um objeto sem fazer contato. Uma vez no campo, não há como voltar! … A menos que …

Um campo magnético em propagação pode ser mostrado em diagramas 2D ou em filme de visualização magnética como linhas de força que emanam dos pólos. Mesmo em um osciloscópio, é impossível dizer muito sobre o movimento e a direção do campo com apenas instantâneos em duas dimensões (como esta ilusão notória). Quando observado em 3D, este campo pode ser visto e sentido como toroidal e em relação ao tempo, começamos a ver que um campo helicoidal em propagação emerge. Isso é o mesmo no caso de um eletroímã, e quando o campo entra em colapso, ele ocorre na direção oposta. Isso é descrito pelo que normalmente é conhecido como Regras de Flemings para a mão direita e esquerda.

Assim, em teoria, seria possível criar vórtices / hélices alternados para ajustar um objeto a uma posição desejada. Depois de fazer alguns cálculos com base na fórmula acima, descobrimos que isso só é possível alternando esses campos de forma precisa e rápida (50.000 vezes por segundo ou mais!) Problema? De jeito nenhum. Com alguns componentes, podemos criar um campo eletromagnético de propagação e colapso controlado por um sensor que detecta a intensidade do campo e um circuito que aplica o campo apropriado a um eletroímã. Os componentes podem ser encontrados individualmente aqui ou como um kit aqui para tornar este projeto rápido e fácil. Agora que todos os nossos componentes estão prontos, vamos começar!

Etapa 3: construir o gabinete

Construir nosso gabinete é bastante simples com os materiais recomendados, mas fique à vontade para usar o que você tiver. Este gabinete super simples foi inspirado neste robô incrível para mostrar todos os componentes internos. Quando concluído, o gabinete deve ter 8 "Wx10" Dx12 "H.

Primeiro, vamos empilhar e proteger nosso plexiglass e medir e fazer quatro furos perto dos cantos, certificando-se de deixar espaço nas bordas e perfurar com brocas cada vez maiores para evitar rachaduras. Quando concluído, teremos quatro orifícios de 5/16 polegadas nos cantos de todas as três folhas de acrílico. * Certifique-se de observar a orientação para um ajuste simétrico. Em seguida, faremos um orifício ou orifícios para o conector de entrada em uma das folhas. Isso pode variar dependendo do seu conector, mas deve estar próximo à parte traseira do gabinete. Agora começaremos a construir o gabinete. Comece inserindo as quatro hastes rosqueadas de 5/16 nos orifícios de uma de suas folhas. Prenda a folha a cerca de 1,5-2 polegadas da parte inferior das hastes com uma arruela e porca de cada lado do acrílico e adicione um pé de borracha na parte inferior de cada haste. Certifique-se de que tudo está nivelado antes de continuar.

Em seguida, adicionaremos uma porca e uma arruela a cerca de 3-4 polegadas do topo de nossas hastes e colocaremos a folha com o orifício para o macaco no topo.

A última etapa do nosso gabinete será fixar a última folha de acrílico na parte superior, assim que adicionarmos os componentes na próxima etapa.

Etapa 4: montar e prender os componentes

Agora que temos uma plataforma, podemos construir e instalar nossos componentes.

Este par relativamente simples de circuito e solenóide pode ser construído de acordo com o diagrama anexo ou você pode obter um pré-construído aqui. Observe que o SS495 é montado na parte inferior da bobina. Adicionar um LED permite que você verifique a energia e um voltímetro digital permite detectar uma carga para fins de ajuste, ambos opcionais, eles podem ser conectados diretamente aos circuitos de entrada de 12 V com um resistor de 10k em linha no condutor quente (+). É divertido saber que um dos CIs do circuito é projetado para um controlador de motor e o outro é para um ventilador, mas junte-os com alguns outros componentes e podemos usá-lo para levitar objetos no ar!

Podemos então conectar o conector à entrada do circuito observando o diagrama do circuito e lembrar que o invólucro do conector é o aterramento (-).

Em seguida, conectaremos as saídas 1 e 2 de nosso LMD18201 IC à nossa bobina solenóide. Insira um parafuso de aço no centro da bobina e na cabeça do parafuso monte o sensor de efeito Hall SS495 A ao qual conectaremos nossos cabos de acordo com o diagrama. Os componentes pré-construídos incluirão conectores que podem ser simplesmente encaixados.

Pode ser útil neste ponto proteger tudo temporariamente, conecte a alimentação com cuidado e teste o campo do solenóide com seu ímã.

Quando estiver satisfeito, você pode proteger seus componentes na plataforma. O circuito deve estar vertical para permitir o fluxo de ar e próximo à tomada, o solenóide deve ter o lado com o sensor voltado para baixo e o LED opcional e o LCD podem ser colocados onde for conveniente. Adicionar algum filme termoencolhível e capas de arame neste ponto deixa tudo limpo e ajuda a evitar curtos-circuitos e cabos puxados. Por fim, para proteger e cobrir tudo ainda mais, adicionaremos nossa folha final de plexiglass. Primeiro adicione uma porca e uma arruela a cada haste, depois a última folha de acrílico e ajuste-a para baixo para que a folha superior faça contato com seu solenóide, segurando-o firmemente no lugar. Uma vez no lugar e nivelado, adicione mais quatro arruelas e porcas e cubra com as tampas de borracha.

Etapa 5: Seu EMLEV está completo! É hora de ajustar e testar

Estamos quase completos; mas precisaremos fazer alguns cálculos e alguns ajustes antes de começar a impressionar amigos e colegas.

Ao montar nosso solenóide, nossa orientação não levou em consideração a polaridade. Portanto, precisaremos selecionar o pólo correto de nosso ímã para enfrentar nossa bobina. Para fazer isso, conecte a energia e comece a trazer o ímã para o campo do solenóide. Um lado do ímã atrairá continuamente, o outro terá uma tendência a travar no lugar a vários centímetros de nossa bobina, observe este lado do ímã. Tenha cuidado para não chegar muito perto; ambos os pólos atrairão violentamente se aproximados demais da bobina energizada.

Agora que sabemos qual pólo do nosso ímã estamos usando, vamos determinar o peso que ele pode suportar. Muito pouco peso e a carga atrairá sem levitar, muito peso e o campo magnético não será capaz de superar a gravidade e seu objeto cairá. Você pode usar tentativa e erro aleatórios para encontrar o peso ideal anexando objetos aleatórios ao seu ímã, no entanto, sugiro uma abordagem que leva a resultados mais quantificados. Usando pequenas porcas e parafusos, acrescente-os gradativamente ao seu ímã e teste. Depois de encontrar um ponto de equilíbrio (você sentirá um leve clique quando ele travar no lugar), observe o peso da carga usando uma pequena balança. Em seguida, adicione ou remova pequenas quantidades de peso para encontrar sua faixa e otimizar para estabilidade. Você pode então usar isso como uma referência e começar a levitar qualquer coisa dentro desta faixa de peso, que geralmente é entre 45-55 gramas, sem incluir o ímã.

Quando estiver funcionando corretamente, conecte um osciloscópio para ver os campos em ação! Graças às leituras do meu DSO nano, podemos ver precisamente quando a mudança de campo está ocorrendo e por quê.

Etapa 6: Prepare-se para inspirar e surpreender

Parabéns! Você tornou o impossível possível!

Seu EMLEV já deve estar completo, funcionando e levitará qualquer item na faixa de peso determinada. Agora podemos escolher um objeto para levitar. Experimente montar o ímã em uma pedra ou prender pregos ou nozes, prenda uma lembrança, as possibilidades são infinitas, esses caras levitaram até um sapo vivo!

Eu escolhi uma colher de sopa grande para o efeito.

“Não levite a colher; isso é impossível. Em vez disso, apenas tente perceber a verdade. Não há colher.” - para. The Matrix (1999)

Este dispositivo vai explodir mentes; os olhos vão arregalar, as mandíbulas vão cair e as cabeças vão explodir! Isso é mágico? É ciência? Bem, a única diferença entre um mágico e um cientista é que um cientista diz a você como isso é feito. Obrigado por conferir meu Instructable e mal posso esperar para ver o que você levita, deixe fotos nos comentários. Acha que este Instructable é legal? Avise-me clicando em votar no topo da página!

Segundo Prêmio no Concurso de Sensores 2016

Segundo prêmio no concurso Make It Fly 2016