Elektromagnetické kyvadlo

Elektromagnetické kyvadlo

Jednoho dne jsem se rozhodl, že bych mohl jako seminární práci zhotovit elektromagnetické kyvadlo. Líbil se mi nápad, netlumených kmitů a vůbec si s něčím takovým vyhrát. Také jsem si myslel, že o tom bude co psát, nakonec jsem horko těžko skončil na absolutním minimu 15 stránek. Ale k věci. Elektromagnetické kyvadlo je zařízení, kde je elektrická energie měněna na mechanickou pomocí cívky a permanentního magnetu. Bohužel jsem měl ze začátku problém najít materiály okolo takového zařízení. V češtině ani ránu a v angličtině spoustu videí, různých konstrukcí od kyvadel řízených mikroprocesorem po řízená jen jedním tranzistorem (to jsem si také vybral), ale jen pár stránek s informacemi o výrobě. Na těch jsem našel také jednoduché zapojení se dvěmi cívkami, rezistorem, tranzistorem, a kondenzátory. Toto schéma je opravdu geniální, později popíšu funkci. V jednoduchosti je krása.

Stavba

Stavba je naprosto jednoduchá. Snažil jsem se aby kyvadlo bylo pojato i trochu “designově”. Jak se mi to podařilo, posuďte sami. Základnu tvoří 5 mm překližka, ve které jsou zespodu vyvrtané díry a skrz ně procházejí šrouby držící hlavní hliníkový jekl. Na spodní straně překližky jsou přilepeny gumové nožičky pro lepší adhezi s povrchem. Na horním konci jeklu je připevněn odřezek stejného profilu a vněm je díra s ložiskem. Skrz ložisko prochází šroub, který zároveň zajišťuje polohu závěsu kyvadla. Závěs je uchycen v hliníkovém válečku. Závěs je tvořen hliníkovou tyčí. Na spodním konci tyče je tavnou pistolí připevněn neodymový magnet. Kousek pod magnetem je výškově nastavitelný držák s cívkou. Co se týče zapojení elektroniky, tak se mi nechtělo pro těch pár součástek vyrábět plošný spoj, proto jsem zvolil metodu vrabčí hnízdo.

Funkce

kyvadlo_schema

Nejdříve bych měl ještě popsat cívku. Cívka je navinutá v domácích podmínkách ze smaltovaného drátu 0,1mm z krokových motorků které bývají v disketové mechanice. Ve skutečnosti však jde o dvě cívky, jedna je namotána uprostřed a druhá na vnější straně. Každá cívka z 10 m drátu.

Celý obvod je napájen 3 – 4,5 V. Celkový princip funkce je opravdu jednoduchý a velice důmyslný. Funguje  to takto. Prvně se po připojení elektrického obvodu musí kyvadlo trochu rozkmitnout. Ve chvíli kdy se závěs s permanentním magnetem blíží k rovnovážné poloze, začne se na cívce L2 indukovat napětí a zároveň se otevírá tranzistor. Při otevírání tranzistoru protéká proud cívkou L1 a ta funguje jako elektromagnet, takže permanentí magnet na závěsu buď odpudí, nebo přitahne, záleží na polaritě permanentího magnetu. Jinak jsem pro jistotu cívku L2 navinul na vnějšek, aby se co nejdříve otevřel tranzistor. Takto je dodávána mechanická energie kyvadlu, kterou ztrácí odporovými a třecími silami. Dodaná energie bývá často větší, než je nutná, proto pokud je zvolena konstrukce, kdy může závěs překmitnout, tak pravděpodobně překmitne. Záleží samozřejmě na vzdálenosti elektromagnetu od závěsu, ale tuto vzdálenost není problém měnit. Já jsem již od začátku počítal s měřením závislosti vychýlení kyvadla na vzdálenosti od cívky, takže jsem držák cívky udělal nastavitelný. Z tohoto důvodu jsem ke kyvadlu připevnil i úhloměr pro snadné měření.

 

Napsat komentář