Содержание
Автор: crocodil, [email protected]
Опубликовано 15.01.2014
Создано при помощи КотоРед.
Левитация – одно из воплощений человеческой мечты о полете.
Созерцание парящего кристалла – хороший способ релаксации и пополнения пси-энергии.
Кристаллом мною назван левитирующий неодимовый магнит – он обклеен природными кристаллами пирита и халькопирита и имеет сходство с цельным кристаллом.
Согласно теореме Ирншоу, являющейся следствием закона Гаусса, левитация статических объектов в статическом электромагнитном поле невозможна. Теорема применима не только к точечным зарядам, но и к протяженным упругим телам и говорит, что их свободный подвес в электростатическом, магнитостатическом и (или) гравитационном поле будет всегда неустойчив. Однако существует возможность сделать левитацию реальной, например, используя электронную стабилизацию – электромагниты, управляемые посредством электроники.
Поскольку действительную природу магнетизма и гравитации никто пока не объяснил, то работу левитатора можно описать так:
Суммарная картина магнитных силовых линий неодимовых магнитов, расположенных в основании левитатора представляет собой поле магнитного кольца с прямоугольным поперечным сечением. Видно, что в точках 1 и 2 магнитное поле меняет направление. Если поместить в точку 1 небольшой магнит, то мы почувствуем, что его перемещению по вертикали препятствует магнитное поле кольца и гравитация (вначале он может еще перевернутся). По вертикали он как бы в ловушке. В горизонтальной плоскости наш магнит норовит выскользнуть и притянуться к кольцу. Тут мы ему устраиваем ловушку в горизонтальной плоскости – отслеживаем его положение с помощью датчиков, и далее с помощью 3-х пар электромагнитов A,B,C расположенных в основании левитатора возвращаем его каждый раз в точку 1. Энергия электромагнитов расходуется только на компенсацию небольших смещений левитирующего магнита в горизонтальной плоскости. По сути, энергия только перекачивается из одной пары катушек в другую. Потребление энергии при этом намного меньше, чем в системах, в которых электромагнит сверху – в них он должен еще компенсировать действие на левитирующий предмет силы тяжести.
Картина силовых линий магнитного поля кольца, электромагнита и магнита.
При конструировании левитатора я ознакомился с патентом US20070170798: https://www.freepatentsonline.com/20070170798.pdf Вот некоторые рисунки с этого патента:
Контроль левитирующего магнита осуществляется с помощью оптических датчиков положения и 3-х пар электромагнитов. Смещение магнита влево компенсируется за счет сочетания действия южного полюса электромагнита A1 и северного полюса электромагнита A2. Конденсатор 23 помогает противостоять любым быстрым смещениям магнита.
Также была использована идея Nicanor Apostol: https://www.youtube.com/user/nick500453/videos для контроля положения левитирующего магнита с помощью датчиков магнитного поля – датчиков Холла.
Операционные усилители включены в дифференциальном режиме. Каждый датчик Холла выдает сигнал на два ОУ, на прямой вход одного и инвертирующий другого.
После некоторых раздумий и экспериментов получилась такая схема:
При появлении кристалла в зоне левитации, геркон замыкается и на схему подается питание, она начинает генерировать, возникает самовозбуждение системы – кристалл парит.
Устойчивая левитации кристалла достигается небольшим подгибанием датчиков Холла в вертикальной плоскости. При этом можно ориентироваться на потребление тока левитатором. При точной настройке оно будет менее 100mA, и при попытке сместить левитирующий кристалл по горизонтали в какую-либо сторону будут ощущаться одинаковые усилия. Также при точной настройке практически пропадает шум, связанный с работой электромагнитов. На первом ОУ и TL431 собран супервизор питания. Если при левитации кристалла пропадает синяя подсветка, значит, напряжение батареи менее 3.6V и её следует зарядить.
Кстати, в моем случае наблюдается интересное явление раскручивания кристалла против часовой стрелки. Если его слегка закрутить, то дальше он раскручивается сам – примерно до 50-140 оборотов в минуту, в зависимости от напряжения питания и высоты левитации. Связано это с неоднородностью намагниченности кристалла и с тем, что включенные по схеме звезда электромагниты левитатора в какой-то момент начинают работать подобно трехфазному двигателю.
Катушки электромагнитов использованы с двигателя ведущего вала видеомагнитофона (типа как на фото ниже). Индуктивность каждой 330mkH, сопротивление 2.2 Ohm. Направление намотки этих катушек видно на фото – это важно для правильной работы левитатора. В конструкции использовано шесть неодимовых магнитов 15*5*5мм, шесть 15*6*2мм и один диаметром 20мм, толщиной 5мм в кристалле. ОУ LMV324 можно заменить аналогичным по параметрам "rail to rail op amp". Вместо IRF7319 подойдёт IRF7389. В качестве ферромагнитного сердечника катушек электромагнитов использованы болты и гайки М4, они же и скрепляют всю конструкцию.
Разводка платы левитатора сделана в одном слое с помощью трассировщика Topo-R: https://eda.eremex.ru/ . На второй стороне платы фольга оставлена, она соединена с "землей" в двух точках. С кромок отверстий под выводы катушек, датчиков, светодиода фольга удалена зенкованием сверлом, диаметр которого в 3. 4 раза больше диаметра отверстий. Стеклотекстолит толщиной 1мм.
Вид собранной платы с двух сторон. Магниты держатся за счет взаимного притяжения , дополнительно они приклеены к плате суперклеем. Между катушками электромагнитов и платой проложена полоска двухстороннего скотча.
Для полной картины отмечу, что возможны варианты магнитной левитации без всякой электроники: https://www.antigravity.net.au/ . Вот некоторые:
1. Если придать магниту в точке 1 быстрое вращение вокруг вертикальной оси (сделать из него волчок), то он там и будет оставаться. Сам по себе волчок стремится сразу перекувыркнуться и упасть. Раскрученный же волчок этого сделать не может – ему приходится противодействовать моменту инерции. Минус такого решения – ограниченное несколькими минутами время левитации.
2. Известно, что диамагнетики выталкиваются магнитным полем. Если взять кусок пиролитического графита (диамагнетика) – наш магнитик с удовольствием будет над ним левитировать. Минус – небольшая высота левитации, как следствие отсутствия в природе сильных диамагнетиков. Или сильных магнитов в маленьком объеме.
3. Вариант предыдущего случая – использовать "идеальный" диамагнетик, каковым есть по сути сверхпроводник. Например, высокотемпературный сверхпроводник с Пандоры – анобтаниум. Имеем приличную высоту парения сверхпроводника над магнитной подставкой. Минус решения – дороговизна. Нерафинированный анобтаниум стоит около двадцати миллионов долларов за килограмм, очищенный повышает стоимость вдвое – до сорока миллионов.
Этот серый камушек идет по 20 миллионов за кило.
Предвидя вопросы, отвечу на некоторые из них:
1. Парящий кристалл есть нельзя, он не вкусный и не съедобный.
2. Если ты думаешь, что как магнитный железняк может притягивать железо, ты так же можешь заставить его притянуть куски керамики, то ты заблуждаешься,… магнитный железняк может притягивать железо, но не взаимодействует с медью. Таково движение Дао (из китайского философского трактата Хуайнань-цзы).
3. Именно анобтаниум вызвал появление на Пандоре таких изумительных геологических достопримечательностей, как каменные арки и парящие горы.
Разводку платы прилагаю. 🙂
. И некоторые идеи вдогонку — вариант Levi_2 (разводку платы прилагаю):
Отличие – низ левитатора подсвечивается 2-мя светодиодами, которые вынесены ближе к краям платы. Должно смотреться эффектнее, ярче.
Подсветку внизу можно сделать другим цветом, при разряде батареи будет пропадать только нижняя подсветка.
В качестве левитирующего кристалла заманчиво применить флюорит — флюоресцирующий минерал. Cиний светодиод подсветки поменять на ультрафиолетовый ..
Сегодня я расскажу и покажу, как в домашних условиях повторить эффект ультразвуковой левитации своими руками.
В предыдущих статьях раз, два. Я демонстрировал псевдо левитацию. В этот раз все по настоящему. Начну с теории.
Звуковые колебания
Чтобы понять всю суть эффекта левитации, нужно понять, что такое звуковая волна и стоячая волна.
По этому я начну с них. Акустическая волна распространяется во все стороны и состоит из двух полуволн, положительной и отрицательной. Положительная полуволна представляет из себя зону сжатия или повышенного давления, в дальнейшем я буду ее называть компрессионная, а отрицательная полуволна зону разряжения, назовем ее декомпрессионная.
На практике это выглядит так: Диффузор динамика при движении наружу создает компрессию, а при движении во внутрь декомпрессию. На изображении это наглядно показано.
Максимальная сила волны создается около диффузора динамической головки и в процессе отдаления от излучателя постепенно теряет свою мощность, чем дальше от динамика тем она слабее.
Стоячая волна — это волна, которая образуется при наложении двух встречных, совпадающими по фазам и с одинаковой частотой волн. Если обычная волна теряет свою мощность в процессе распространения в пространстве, то стоячие волны на не больших расстояниях образуют узлы с примерно равной мощностью. Достигается это за счет складывания разнонаправленных волн. Слабеющая волна усиливается за счет встречной волны. Чтобы понять как это происходит, посмотрите на изображение ниже. Серым цветом выделены узлы или в нашем случаи полки из стоячих волн. На этих полках(узлах) и удерживаются предметы.
Длина волны — это скорость звука разделенная на частоту колебаний. При температуре 20°C и влажности воздуха 50%, звук распространяется в такой среде со скоростью 340 м/с. Резонансная частота колебаний нашего пьезоизлучателя примерно 40 000 Гц. В итоге получаем длину волны 340000 мм / 40000 Гц = 8,5 мм. Длина стоячей волны будет такой же 8,5 мм.
Излучатели можно располагать на разном расстоянии друг от друга, но оно всегда должно быть кратным длине волны. Чем меньше расстояние между излучателями, тем мощнее узлы стоячей волны. Чем больше пространства между акустическими трансмиттерами, тем больше узлов между ними, но слабеет мощность узлов и наоборот. Так же нужно понимать, что для удержания большого количества предметов в узлах волн и на большем отдалении между ультразвуковыми излучателями, потребуются более мощные пьезо головки. Например от автомобильных парковочных радаров, или от бытовых увлажнителей. В этой статье я рассматриваю самый доступный и бюджетный ультразвуковой излучатель. Который можно выпаять из дальномера HC-SR04.
Схема подключения — я использовал Ардуино нано и драйвер моторов MX1508, можно было бы обойтись генератором NE555, а в качестве усилителя для излучателей использовать микросхему MAX232 которая установлена на дальномере HC-SR04, но я для себя избрал более простой путь, который сэкономил мне время. Так как на сборку акустического левитрона у меня ушло не более 5 минут. Соединения я произвел набором проводов dupont.
Описание скетча Ардуино
Код ничего особенного из себя не представляет. Все сводится к настройке таймера и дерганий ногами порта D Arduino. Для этого переводим Timer1 в режим сброса при совпадении(CTC) и теперь при совпадении значений регистра счета TCNT1 с заданным числом в регистре сравнения OCR1A, будет срабатывать прерывание, в обработчике которого выполняется инверсия всего порта D. После чего счетный регистр обнулитcя и после выхода из обработчика процесс счета запустится по новой.
Нужное нам значение регистра OCR1A рассчитывается следующим образом: так как делитель в регистре TCCR1B выключен, то мы берем частоту тактового генератора 16 000 000 Гц и делим на требуемую нам частоту срабатывания прерывания 80 000 Гц, в результате получаем число 200, это и будет наше значение для регистра OCR1A.
Почему 80 кГц, а не 40 кГц, спросите Вы? Потому, что период в обработчике формируется за два срабатывания прерывания. При первом срабатывании на выходах формируется D3=0 и D4=1, а при втором D3=1 и D4=0.
Живой Журнал
Сергея Подгорных
— Когда-нибудь, не сейчас, когда-нибудь, мне бы хотелось сделать двигатель как у летающей тарелки. Сейчас пока над этим не думаю, не до того, но как увижу любую инфу по вопросу, все равно всегда изучаю. Я думаю разгадка в магнитах. И раньше так думал, и сейчас.
Левитирующие диски Шарля. Менее трагично, но не менее драматично сложилась жизнь у Джона Шарля — человека, открывшего эффект, названный его именем, и построивший модели летающих тарелок, названных левитирующими дисками Шарля.
В возрасте 14 лет Шарль поступил учеником электромонтёра на завод в английском городе Бирмингеме. Работая с постоянными магнитами для электросчётчиков, он в 1946 г. открыл новый эффект электромеханики: в быстро вращающемся диске появлялась радиальная электродвижущая сила с вертикальным вектором.
Чтобы увеличить эту силу, он сначала намагничивал диски, а затем стал использовать постоянные магниты. Было много перипетий: ему то разрешали экспериментировать, то запрещали, ввиду опасности опытов (или под чьим-то давлением?).
Однажды его модель, состоящую из нескольких соединённых вместе колец, испытывали во дворе. Уже при малых оборотах в радиальном направлении колец появилась большая разность потенциалов, что проявилось по характерному треску электрических разрядов и запаху озона.
А затем произошло совсем необычное: блок колец оторвался от раскручивающего их мотора и завис на высоте 1,5 метра, постоянно увеличивая обороты вращения.
Вокруг вращающегося объекта появилось розовое свечение — показатель активизации воздуха при падении давления. Объект начал подниматься.
Другим побочным действием этого процесса оказалось прекращение радиосвязи и выключение радиоприемников в ближайшей округе. Наконец, вращение достигло такой фантастической скорости, что объект быстро исчез из виду в вышине.
Вдохновлённый своими результатами, Шарль с 1950 по 1952 г. создал и испытал свыше десятка моделей левитирующих дисков.
В дальнейшем он научился управлять «разгоном» этих дисков. И уверенный в признании новизны своих открытий, он в 1963 г. разослал приглашения на презентацию своей модели «летающей тарелки» в Королевский Дом и высшим министерским чинам. Но никто на приглашения не откликнулся.
Обескураженный Щарль на некоторое время затих, но в 1967 г. обратился к английским учёным, но те лишь высмеяли «неуча-электрика». Как оказалось и здесь проявилось известное библейское изречение: «Нет пророка в своём отечестве».
Как ни странно, признание к изобретателю пришло из-за рубежа. Сначала от японцев, а значительно позже и от учёных других стран. Но в 1968 г. произошло событие, которое, скорее всего, надолго отворотило Шарля от его научных изысканий.
30 июля того года он испытывал аппарат «Р-11» весом почти 500 кг. При демонстрации аппарат опять перестал управляться и за 3 минуты скрылся из виду в небе.
Власти оперативно «отреагировали» на это событие. Местная энергослужба предъявила изобретателю непомерно большой счёт за использование электроэнергии аж за… 30 лет, хотя Щарль имел собственную электростанцию.
Поскольку он не имел возможности уплатить огромную сумму, то его арестовали, судили и посадили в тюрьму на 15 месяцев. При этом, всё оборудование и приборы уничтожили, а дом сожгли.
В 80-х годах о Шарле было много шума в прессе, как об «отце летающих тарелок». Но потом как будто поступила от кого-то новая команда и все разговоры об этом безусловно талантливом изобретателе прекратились. А потом он просто умер…
Два россиянина, москвича, Владимир Рощин и Сергей Годин задались целью проверить открытие Джона Шарля.
Имеются сведения, что в первой половине 90-х годов прошлого века они ездили к Шарлю, но он им мало чем смог помочь, поскольку свои результаты получил эмпирически без какого-либо теоретического обоснования, так как не имел высшего образования и, кроме того, как указано в [16], боялся что-либо показывать. (Кого боялся? Да и где взять новую теорию, если на неё заранее наложено табу?).
Но Рощин и Годин не сдались и пошли даже другим путём: они построили не летающий диск, а генератор свободной энергии.
При весе в 350 кг он выдавал до 10 кВт электроэнергии, не потребляя ни топлива, не требуя крутящего момента извне, т.е. работая без внешнего подвода энергии. Но при этом наблюдались все те же эффекты, что и у дисков Шарля.
Магнитный ротор генератора российских учёных имел вес 115 кг, вращался со скоростью до 600 оборотов в минуту (скорость вращения была ограничена по прочности составного ротора), вокруг установки появлялось характерное розовое свечение атмосферы, вся установка теряла в весе до 120 кг, а температура в лаборатории понижалась на 8 градусов.
Другие подробности я пока опускаю, подчёркивая главное: в 1993 г. по чьей-то «указке» лаборатория Рощина и Година была закрыта, а фактически — разгромлена.
