Как сделать магнитную яму

Очередной эксперимент на тему магнитной левитации. Надежда сделать независимый магнитный подвес на постоянных магнитах меня не покидает. А идея для эксперимента вселяла надежду.

Мысль очень даже не плохая, в процессе проведения эксперимента наблюдал такую картину, что то ли сила магнитов меняется, то ли что о другое влияет на маленький магнит. Приходится подстраивать его массу в пределах 5 грамм, учитывая то, что он сам весит 15 грамм.

Нитка же не сможет жестко управлять маленьким магнитом.

Если вращать то конечно всё получится, но для этого же надо тратить энергию, хочется без затрат.

Я это все тоже уже видел, и повторял, но там ось маховика касается стенок втулки и трение хоть и минимальное но есть. Тут идея была получить бесконтактный подвес.

У него там ось упирается острым концом, вот мое видео на эту тему

И я где-то недавно на ЯПе видел пост про вторую составляющую магнитного поля. Потом пошел гуглить и видел реальное видео с магнитным подшипником (горизонтальным подвесом) от человека, который его экспериментально открыл. Это часом не то, что Вы пытаетесь получить?

Затраты энергии как раз идут на трение об воздух при вращении.

А интересно, а если вращать в вакууме?
Только вакуум надо глубокий

Магнитное кресло?
Моей тёще 86 лет.
В таком возрасте переубедить человека бесполезно.
Ей кто-то где-то когда-то сказал, что электромагнитное поле вредно.
С тех далёких времён из розетки выключается всё, кроме холодильника.
Утром встаёшь, а мобильник не заряжен. Тёщенька выключила.
Говорю:- мама, магнитное поле кругом.
-Оно вредное. В крови челоаека есть железо. Я выключаю электроприборы, поэтому долго живу.

Вопрос к тем, кто аттестует рабочие места:
Чем магнитное поле вредно? К каким заболеваниям приводит?

Ну удачи в ваших опытах. Эх зря я учёбу бросил. Столько идей в голове крутится. Теперь уж поздняк метаться )

Да в сверхпроводниках то делали уже. Нам бы при комнатной температуре.

На Alliexpress продают вот такие акустические колоночки.
Парит за счёт магнитного поля.

при попадании в магнитную яму направление векторов отталкивающих сил меняется и в определённый момент векторная сумма выталкивания становится равной силе гравитации и возникает «пробой» и «левитирующий магнит» проваливается. Причём магнитные поля сами себя выставляют в эту позицию пробоя.

Источник

доктор физико-математических наук г. Киев

В чем же принципиальная разница между удержанием гвоздя пружиной и магнитом? Подобный вопрос возникал еще в античные времена, когда с помощью магнитов пытались подвесить в храмах железные статуи или, как теперь говорят, получить магнитную левитацию Критикуя эту затею древних, английский естествоиспытатель Вильям Гильберт в 1600 году писал «Фракасторо (итальянский ученый эпохи Возрождения, пытавшийся обосновать возможность магнитной левитации.— Ред.) говорит, что кусочек железа повисает в воздухе, так что не может двинуться ни вверх, ни вниз в том случае, когда наверху будет помещен магнит, который в состоянии. тянуть железо вверх на столько же, на сколько последнее наклоняет его вниз: железо как бы укрепляется в воздухе. Это нелепо, так как более близкая магнитная сила является всегда более мощной».

В этом выводе и содержится ответ на наш вопрос. Действительно, всякая сила притяжения, увеличивающаяся при уменьшении рас-

Р и с. I. Сплошной сверхпроводник — идеальное магнитное зеркало.

стояния между двумя магнитными телами, в результате неизбежных случайных смещений от положения равновесия приведет либо к падению тела, либо к прилипанию к магниту. Пружина действует иначе: при отклонении предмета от положения равновесия ее упругие силы возвращают предмет обратно.

Говоря более современно, затронутый вопрос — частный случай весьма обширной проблемы устойчивости свободных магнитных объектов, будь то магнитное удержание плазмы или левитация железнодорожного вагона. Проблема имеет отношение не только собственно к физике, но не в меньшей мере и к кибернетике, точнее к ее разделу об устойчивости динамических систем. Как же она решалась?

В 1840 году англичанин Ирншоу, развивая утверждения Гильберта, обосновал принцип неустойчивости неуправляемой магнитной системы. Но ученый тогда не знал о таких материалах, как диамагнетики, которые намагничиваются в направлении, противоположном внешнему полю. Именно с их помощью спустя сто лет немецкий физик Браун бек осуществил магнитную левитацию и предсказал усиление этого эффекта для сверхпроводников. Прогноз основывался на том, что сплошной сверхпроводник проявляет свойства идеального магнитного зеркала — выталкивает из себя силовые линии магнитного поля (эффект Мейсснера — Оксенфельда) Это аналогично тому, что реальный магнит симметрично поверхности сверхпроводника имеет своего двойника — магнит-изображение, который на рис. 1 показан пунктиром.

Подобная левитация по принципу Браунбека впервые на практике была осуществлена в 1945 году П. Капицей по схеме, предложенной В. Аркадьевым. С тех пор этот опыт, получивший название «гроб Магомета» (по преданию он свободно завис над землей) — часто используют как демонстрацию идеального диамагнетизма. Особенную популярность опыт приобрел в последнее время в связи с открытием высокотемпературных сверхпроводников — керамический образец, охлажденный в жидком азо

Р и С. 2. Три положения идеальнопрово-дящих колец. Ф — число силовых линий, в скобках — сумма силовых линий, принадлежащих меньшему и большему кольцам.

те, может некоторое время (пока он сохраняет свойство сверхпроводимости) парить над постоянным магнитом.

Помимо эффекта Браунбека существует еще один принцип, позволяющий осуществить магнитную левитацию. Впервые он был обнаружен теоретически в 1975 году автором этой статьи, а затем экспериментально подтвержден И. Коло-деевым, М. Крюковым, Г. Караваевым и О. Чебориным Этот эффект, получивший название «магнитная потенциальная яма» (МПЯ), состоит в том, что только за счет сближения двух неизменно ориентированных магнитов сила их притягивания не увеличивается, как это должно быть в соответствии с известными представлениями, а уменьшается! При дальнейшем же сближении вместо притяжения между ними возникает отталкивание! Такое поведение магнитной силы аналогично работе обычной пружины или рессоры. То есть магнитное тело попадает во взвешен ное, устойчивое положение — в «яму», из которой не вывалишься! Оказывается, гвоздь, с которого на чался наш рассказ, все-таки может зависнуть в воздухе?

Естественно, эффект МПЯ возникает лишь при определенных условиях. Рассмотрим простое доказательство его достоверности. Оно не требует каких-либо специальных знаний, известных лишь узкому кругу специалистов Достаточно

Источник

Левитирующий горшок для растений, 8.5 см

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 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.

Разновидности моделей

Производители сегодня выпускают такие парящие устройства только небольших размеров. Как правило, их диаметр не превышает 10 см. Это объясняется сложностью внутренней конструкции устройства.

Цветовая гамма довольно узкая. В ней представлены лишь 3 цвета: белый, темно-коричневый и светло-бежевый. Опять же, по словам производителей, функции и принцип работы такого горшка являются его главным украшением, поэтому он не нуждается в дополнительном декоре.

В ассортименте есть как просто круглые, так и многогранные модели с небольшим рисунком на поверхности. Однако в целом внешний вид таких приспособлений минимально декорирован. Все специально сделано для того, чтобы именно принцип работы устройства был главной изюминкой.

Комплектация и подключение

Такой горшок является магнитным, то есть в воздухе его удерживают именно магниты, которые представлены в виде сложных схем. Находятся они как на дне самой емкости, так и на поверхности удерживающей подставки. Магниты активируются при включении устройства в розетку.

Производитель предлагает следующую комплектацию:

Для того чтобы запустить парящий горшок, необходимо освободить подставку от упаковки и поместить ее на ровную поверхность. Затем следует включить шнур в розетку питания. После этого необходимо взять горшок двумя руками и, не касаясь платформы, расположить его в центре нее на высоте не более 1 см. Если все будет сделано правильно, при ослаблении рук горшок будет сам удерживаться в воздухе. Как правило, запустить его удается со 2-3 раза.

Такой парящий вазон для комнатных растений не просто зависает в воздухе и остается неподвижным. Если его слегка наклонить пальцами в любую сторону или же раскрутить, то он и дальше будет повторять заданное движение до тех пор, пока не будет остановлен.

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.

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

Нажми для просмотра

О производителе

Сегодня такие комнатные парящие цветы предлагают сразу две компании.

Оба производителя выпускают качественную и уникальную продукцию. Разница между их товарами заключается в цене, а также в комплектации, точнее – в разъеме самой вилки-розетки.

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 5: LM324 Op-amp, L298N драйвер и SS495a

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.

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.

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 1: Как это работает

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.

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.

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.

Источник