바나나 공중부양은 전자기 공중부양을 이용하여 가능하다. 이것은 전자석을 사용하여 바나나와 반대되는 자기장을 생성하여 매력적인 힘을 만들어내고 바나나가 공중에 떠 있는 것처럼 보이게 하는 것을 포함한다. 이 과정은 바나나 아래에 강력한 전자석을 놓고, 공중부양을 제어하기 위해 스위치를 사용하여 자석을 켜고 끄는 것을 포함한다. 전자석은 중력을 상쇄하고 바나나를 떠 있게 할 만큼 충분히 강력해야 한다.
시작하려면 자료를 모아야 합니다. 당신은 전자석, 철사, 스위치, 전원, 그리고 물론 바나나가 필요할 것이다. 또한 납땜 인두, 와이어 스트리퍼, 드릴 및 나사와 같은 몇 가지 도구가 필요합니다.
모든 재료를 갖추면 전자석을 조립해야 합니다. 와이어를 자석의 코어에 여러 번 감은 다음 스위치와 전원에 연결하면 됩니다.
일단 전자석이 조립되면, 당신은 그것을 바나나 아래에 놓을 수 있다. 그런 다음 스위치를 사용하여 전자석을 켜고 끌 수 있으므로 공중부양을 제어할 수 있습니다.
만약 여러분이 전자석의 전력 수준을 바나나를 떠 있게 유지하는 데 필요한 정확한 양으로 조정할 수 있다면 공중부양 효과는 가장 설득력이 있을 것입니다. 이를 위해 다양한 검정력 수준을 실험하고 해당 수준이 공중부양에 미치는 영향을 관찰할 수 있습니다.
전자석이 올바른 위치와 전력 레벨에 도달하면 전자석을 베이스에 나사로 고정하여 움직이지 않도록 할 수 있습니다.
공급
내가 사용한 재료 :
도구
- 납땜 용품
- 적당한 전력 공급 (6V-12V)
- 멀티 미터
- 회전 공구
- 플라이어, 와이어 스트리퍼 및 기타 휴대용 도구
- 절연 테이프
- 두 개의 복합 접착제
- 슈퍼 접착제
회로:-
- 10k 전위차계 x 1
- S49E 홀 효과 센서 x 1
- 2N2222A NPN 트랜지스터 x 1
- D2394 또는 TIP41C NPN 트랜지스터(방열판 포함) x 1
- LM358 듀얼 연산 증폭기 IC x 1
- 2200uf 25v 커패시터 x 1
- 7805 전압 조정기 x 1
- 1N4007 다이오드 x 1
- 1k 옴 저항 x 1
- 220옴 저항기 엑스 2
- 퍼프보드
- 점퍼 와이어
- 3핀 JST x 1
- 2핀 터미널 커넥터 x 2
전자석:-
- 22 게이지 에나멜 구리 와이어
- 단단한 철 코어 (1/2 인치 직경 철 너트 및 볼트)
전자석을 고정하는 구조
- 나무 판자 몇 조각(나중에 치수를 지정하겠습니다)
- 회로 용 플라스틱 인클로저 10cmx10cmx5cm (4 "x4"x2")
1 단계 :이 배후의 교장
회로에 연결된 전자석은 거꾸로 고정됩니다. 홀 효과 센서는 위의 "상세한" 그림과 같이 전자석 아래에도 배치됩니다.
자석 (바람직하게는 네오디뮴)이 처음에 켜진 전자석 아래에 놓이면 네오디뮴 자석이 자신쪽으로 끌어 당깁니다. 자석이 전자석에 가까워지면 홀 효과 센서가 네오디뮴 자석의 자기장의 존재를 감지하여 센서의 출력 전압을 감소시킵니다. 출력 전압이 임계 전압 (전위차계에 의해 설정된 전압)보다 낮은 지점으로 감소하면 주 회로가 전자석의 전원을 차단하여 전자기장이 중단됩니다. 이로 인해 네오디뮴 자석이 중력으로 인해 떨어집니다. 네오디뮴 자석이 약간 아래로 이동하면 센서의 출력 전압이 증가합니다. 전압이 임계 전압 이상으로 증가하면 주 회로가 전자석에 다시 전원을 공급하여 자석이 다시 상승합니다.
이 과정은 자석이 공중 부양되도록 반복적으로 발생합니다.
2단계: 회로 이론
이제 회로에 대해 자세히 설명하겠습니다.
회로는 6-12 볼트의 전압 소스에 의해 전원이 공급되며 비교기의 논리는 5 볼트에서만 작동하므로 레귤레이터를 사용하여 전압을 5 볼트로 강압합니다.
회로는 논리를 제어하는 5V로 전원이 공급되는 오른쪽과 전자석의 스위칭을 제어하는 VCC로 전원이 공급되는 왼쪽의 두 부분으로 나눌 수 있습니다.
오른쪽
이쪽에는 비교기, 10k 전위차계 및 5v로 구동되는 홀 효과 센서가 있습니다.
홀 효과 센서의 출력은 여기에서 비교기로 사용하는 LM358의 비 반전 (+) 입력으로 이동하고 전위차계의 출력은 비교기의 반전 (-) 측으로 이동합니다.
(비교기 - 두 전압 입력을 비교합니다. 비 반전 입력 (+)의 전압이 반전 입력 (-)보다 높으면 출력에서 5v가됩니다. 비 반전 입력의 전압이 반전 입력보다 낮 으면 출력에서 0v가됩니다.)
일반적으로 홀 효과 센서의 출력은 2.5v이고 전위차계의 출력은 2.5v보다 약간 작습니다. 따라서 비교기는 5v의 출력을 제공합니다.
북극이 센서를 향하도록 하는 네오디뮴 자석을 놓으면 센서의 출력 전압이 감소합니다. 전위차계의 출력 전압 아래로 감소하면 비교기의 출력이 0v로 감소합니다.
왼쪽
Lm358의 출력은 전자석을 제어하는 트랜지스터 D2394의베이스를 직접 제어하기에 충분하지 않은 것 같습니다. 따라서 비교기의 출력은 먼저 2N2222A에 의해 증폭된 다음 D2394의 베이스를 제어하여 전자석을 켜고 끕니다.
전자석의 유도 플라이 백에 의해 트랜지스터가 손상되는 것을 방지하기위한 플라이 백 다이오드도 있습니다. 저항기와 직렬로 연결된 LED도 전자석에 평행하게 배치되어 전원이 공급되고 있는지 여부를 나타냅니다.
3단계: 회로 구축
회로도에 따라 회로에 필요한 모든 부품을 수집하고 납땜을 시작했습니다.
납땜 할 때 독성 납땜 연기를들이 마시지 않도록 예방 조치를 취해야합니다. 일반적으로 팬을 사용하여 날려 버리지 만 연기 추출기가 바람직합니다.
전원, 전자석 및 고전류 트랜지스터 (필요한 경우 쉽게 교체하기 위해)에 단자 접점을 사용하고 3 핀 JST 커넥터를 사용하여 홀 효과 센서를 연결했습니다. 더 큰 트랜지스터에 방열판을 부착하면 많은 열이 발생할 수 있습니다. 또한 열전도율을 높이기 위해 약간의 열 페이스트를 사용하십시오.
위에서 보여준 내 레이아웃과 솔더 흔적을 따를 수 있습니다. 퍼프 보드의 위쪽에 연결되는 점퍼 와이어를 나타내기 위해 얇은 트레이스를 사용했습니다.
참고: TIP41C를 사용하는 경우 TIP3c의 전류 이득이 D41보다 비교적 낮으므로 R2394을 더 낮은 저항 값으로 교체하십시오.
나는 그것이 작동하기 위해 perf 보드에 회로를 두 번 구축해야했기 때문에 성능 보드에 회로를 구축하기 전에 브레드 보드에서 먼저 회로를 시도하는 것이 좋습니다 (나처럼 바보가되지 마십시오).
브레드 기판 또는 성능 기판의 회로를 사용하여 센서의 전선만 연결하고 6v로 전원을 공급합니다. 아직 전자석을 연결하지 마십시오. LED가 켜지기 시작할 때까지 전위차계를 조정하십시오. 이제 자석의 북극을 센서에 가까이 가져 가면 LED가 꺼집니다.
4 단계 : 전자석
미리 만들어진 전자석을 쉽게 구입할 수 있지만 더 좋고 강한 전자석을 저렴한 가격으로 만들 수 있습니다.
전자석의 경우 22 게이지 와이어를 사용하고 위와 같이 철 볼트로 감쌌습니다. 자석의 핵심이 철인 것이 중요합니다. 강철 볼트를 사용하면 강철 코어가 있는 전자석이 전원을 끈 후에도 자기 특성을 유지할 수 있으므로 작동하지 않습니다.
전자석을 만드는 동안 자석을 공중에 띄울 수 있으려면 거꾸로 매달아야한다는 점을 명심해야합니다. 이를 위해 자신 만의 창의적인 아이디어를 생각해 낼 수 있습니다. 나는 전자석보다 표면적이 큰 나무 조각을 부착 할 수 있도록 전자석을 만들었습니다. 이 나무 조각은 전자석을 거꾸로 고정합니다(다음 단계에서 시연됨).
전자석이 완료되면 멀티 미터의 연속성 테스터를 사용하여 전선이 어디에서도 잘리지 않았는지 확인하십시오. 조정 가능한 전원 공급 장치를 사용하여 전자석의 강도를 테스트할 수도 있습니다.
나는이 전자석 중 두 개를 만들었는데, 하나는 더 큰 저항으로 더 많은 회전을하고, 다른 하나는 더 적은 회전과 더 적은 저항을 가졌습니다.
5단계: 전자석 마운트
나는 주위에 놓은 7cm(3인치)x3cm(1 1/4인치) 나무 판자를 사용하여 22cm(9인치)와 28cm(11인치) 길이의 두 조각을 자릅니다.
작은 나무 조각에 전자석 직경보다 약간 긴 직경의 구멍을 뚫었습니다.
먼저 회전 도구를 사용하여 두 개의 나무 나사가 두 조각을 부착할 수 있는 안내 구멍을 만들었습니다. 나는 또한 나무 접착제를 사용하고 위의 이미지와 같이 두 조각을 모두 부착했습니다.
더 매력적으로 보이도록 스프레이 페인팅했습니다. 그들은 내가 원하는 방식으로 나오지 않았지만 여전히 내가 예전보다 훨씬 좋아 보였으므로 그대로 두었습니다.
나는 평평한 1cm 두께의 나무 조각 (나는 또한 스프레이 페인트)을 얻었고, 두 개의 작은 구멍을 뚫고 더 긴 나무 조각의 바닥을 평평한 나무 조각에 나사로 고정했습니다.
6단계: 회로 테스트
전자석을 마운트에 놓고 위와 같이 전자석 아래에 테이프로 센서를 중앙에 놓고 폼 조각 위에 붙입니다. 폼 조각은 자석이 전자석의 철심에 직접 부착되는 것을 방지하기 위한 것입니다. 폼의 두께는 전자석마다 다를 수 있으므로 실험하고 어떤 것이 가장 효과적인지 시도하는 것이 좋습니다. 센서를 일시적으로 고정하기 위해 절연 테이프를 사용했습니다.
이제 회로가 작동하는지 확인 했으므로 전자석을 회로에 연결하고 6-9v의 전압으로 전원을 공급하십시오. 6v에서 시작하는 것이 좋습니다. 전자석 아래에 네오디뮴 자석을 잡고 자석이 진동하기 시작할 때까지 전위차계를 천천히 조심스럽게 조정한 다음 천천히 ..... 공중 부양. 이것은 몇 번의 시도가 필요할 수 있으므로 인내심을 갖는 것이 좋습니다.
작동하지 않으면 전자석의 극성이 반전되었을 수 있으므로 회로에서 다시 변경하십시오. 또한 전자석의 리드에 라벨을 붙이는 것도 좋은 시기입니다. 지금 작동해야합니다. 회로의 전류를 추적하면 전자석이 충분한 전류를 소비하는지 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 트랜지스터는 방열판을 부착 한 후에도 상당히 많이 가열되는 것처럼 보이므로 회로를 너무 오래 실행하지 않는 것이 가장 좋습니다.
두 전자석 모두 작동했지만 더 큰 것이 더 잘 작동하므로 사용할 것입니다.
이 테스트는 비디오에서 볼 수 있듯이 이전 회로로 수행되었습니다.
이제 공중 부양이 작동하므로 영구적으로 만들고 매력적으로 보이도록 합시다.
7단계: 센서 부착
전자석보다 직경 2mm 큰 원 모양의 판지를 잘라 냈습니다. 센서가 맞도록 위와 같이 판지의 상단 2 층을 제거했습니다. 또한 센서를 제자리에 고정하기 위해 두 개의 복합 접착제를 사용했습니다(이 작업을 수행하는 동안 센서의 레이블이 지정된 부분이 바깥쪽을 향하도록 함). 미적 목적을 위해, 나는 센서 위에 둥근 검은 종이 조각을 붙였다.
나는 또한 약간의 힘을 사용하여 판지 조각을 자르고 곡선을 만들고 전자석 주위를 감쌌습니다. 원통형을 유지하기 위해 테이프를 사용했습니다.
나는 센서 반대쪽의 원형 판지 조각에 원통형 조각을 붙이기 위해 슈퍼 접착제를 사용했습니다.
나중에 센서의 전선을 꼬고 센서 가까이에 열 수축 조각을 추가하고 슈퍼 접착제를 사용하여 원통형 조각의 측면에 붙였습니다.
센서 부분이 완료되었습니다. 골판지 조각은 전자석 위에 완벽하고 단단히 고정되며 센서와 전자석의 거리를 조정할 수도 있습니다.
8 단계 : 회로 인클로저
회로를 안전하게 내부에 유지하기 위해 프로젝트 상자 (4 "x4"x2")가 있습니다.
암 DC 잭을 전원에 연결하고 두 개의 전선을 LED에 연결하고 홀 효과 센서의 전선을 연장했습니다. 전위차계는 자기장의 강도와 무게가 다른 다른 자석에 대해 임계 전압을 조정해야하므로 액세스 할 수 있어야합니다.
회전 도구를 사용하여 전위차계, LED, DC 잭 용 구멍과 센서 및 전자석의 전선 용 구멍을 뚫었습니다.
양면 테이프를 사용하여 회로 기판을 상자 안에 놓고 손잡이만 바깥쪽에 붙인 전위차계를 놓고 뜨거운 접착제를 사용하여 DC 잭을 해당 구멍에 붙였습니다. 구멍은 LED가 꼭 끼워지기에 딱 맞는 크기였습니다.
방열판이 과열되는 것을 방지하기 위해 통풍구를 뚫는 것도 좋은 생각입니다. 훨씬 더 나은 옵션은 작은 컴퓨터 팬을 추가하는 것입니다.
나는 뚜껑을 덮고 나사를 다시 조였다.
9단계: 일부 관찰
자기 강도
전자석의 강도는 공중 부양 자석과 전자석 사이의 거리에 정비례합니다 (강도가 높을수록 거리가 멀어집니다).
개체 무게
물체의 무게는 공중에 떠 있는 물체(무게가 클수록 거리가 적음)와 전자석 사이의 거리에 반비례하며 전자석이 끌어오는 전류의 양에 정비례합니다(무게가 클수록 더 많은 전류가 소모됨).
내가 만든 주요 관찰은 구형 자석이 다른 자석에 비해 가장 안정적인 것처럼 보였기 때문에 자석의 모양도 중요한 것 같습니다.
댓글