XXIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Универсальное устройство на основе взаимодействия постоянного магнита и электромагнита
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
В интернет пространстве , много подробной информации о взмешивании жидкостей с помощью магнитных полей , но все они привязаны к ёмкости, на дне, которой расположено одно вращающееся устройство, а под ним за дном ёмкости , другое вращающееся устройство , если внешнее начинаем вращать (допустим ,двигателем постоянного тока) , то вращающиеся магнитное поле заставят вращаться и внутреннее вращающие устройство. Это устройство, хорошее, но как размешать к примеру машинное масло зимой или взмешивание необходимо производить только в определённой части ёмкости . Для этих целей я разработал и предлагаю на рассмотрение своё устройство « Магнитный взмешиватель» .
Цель моей работы
Создать универсальное, безопасное в эксплуатации простое в управление, устройство способное взмешивать различные жидкие субстанции [1] и перемешивать различные жидкие соединения [2] (бензин с маслом), в ёмкостях различного объема и формы.
Задачи
Научиться работать с измерительными приборами[3].
Разработать схему мощного электронного устройства подачи разно - полярного напряжения на тороид (катушка).
Ознакомиться с существующими подобными методами взаимодействия магнитных полей.
Определить возможность работы моего устройства длительное время без присутствия человека.
-
Выбрать, из существующих источников, электропитания изделия, основной и вспомогательной.
-
Подобрать микроконтроллер, данные которого обеспечивали бы весь предполагаемый алгоритм работы моего устройства.
-
Изучить основы языка программирования С++ с использованием графического редактора Flprog.
-
Написать программу для микроконтроллера.
-
Собрать демонстрационный макет моего устройства.
-
Испытать устройство в реальных условиях.
-
Выполнить оценку полученных результатов.
Основное содержание
Магнитное поле – особая форма материи , существующая вокруг движущихся электрических зарядов – токов.
Источниками магнитного поля являются постоянные магниты, проводники с током . Обнаружить магнитное поле можно по действию на магнитную стрелку, проводник с током и движущиеся заряженные частицы. Впервые поворот магнитной стрелки около проводника, по которому протекает ток, обнаружил в 1820 году Эрстед. Ампер наблюдал взаимодействие проводников, по которым протекал ток: если токи в проводниках текут в одном направлении, то проводники притягиваются, если токи в проводниках текут в противоположных направлениях, то они отталкиваются. Существует нейтральная точка, где напряженность магнитного поля равно нулю. Работа многих устройств основана на взаимодействии магнитных полей на пример как в гальванометрах , электродвигателях , и в громкоговорителях.
Предлагаемое устройство ( смотрите Фото) работает по такому же принципу , и может найдет применения для перемешивания различных масел (жидкостей) и даже сыпучих материалов.
В моём устройстве происходит взаимодействие полей постоянного магнита с полем переменного электромагнита . Для этого изготовил тороидальную катушку внешним диаметром 60 мм, пропустил через неё напряжение переменного тока , низкой частоты . Частоту можно изменять от 2 Гц до 15Гц . Изготовленный тороид который можно перемещать по цилиндрическому не металлическому сосуду (вверх и вниз). В центр сосуда подвесил неодимовый магнит цилиндрической формы, который тоже можно перемещать вверх и вниз . При взаимодействие двух магнитных полей , а одно из них постоянно меняет свои полюса, магнит начинает производить хаотичные движения. Заполнив сосуд любой жидкой субстанцией и изменяя расположение тороид и магнита можно производить взмешивание в любом участке предполагаемой ёмкости и не только жидкие субстанцией, но порошки различных типов и назначений .
Ключевые слова: Взаимодействие, магнитные поля , взмешивание .
Схемное решение предполагаемого устройства не сложное. Сердцем электронного устройства является микроконтроллер типа LGT328. (Смотрите приложение 1) Потенциометрами R1 и R2 устанавливается приемлемая для конкретных задач частоту и амплитуд . Осуществляется это следующим образом . С цифрового порта (3) последовательность импульсов поступает на базу мощного транзистора VT1 типа КТ829. Длительность этих импульсов изменяем переменным сопротивлением R2. Этим самом изменяем величину напряжения которое идет на драйвер типа L298N . Изменяя это напряжение , изменяем ток через тороид (катушку электромагнита). На порты (6 и 7) микроконтроллер программно выводит разнополярное напряжение, частота смены полярности изменяется переменным сопротивлением R1 , которое расположено на лицевой панели устройства (смотрите Приложение 2). Нагрузкой драйвера L298N является катушка электромагнита , которая включена в диагональ моста . Контроль величины устанавливаемой частоты и амплитуды напряжения производится по ЖК дисплею , который расположен на лицевой панели устройства .
Всё устройство питается от двух аккумуляторов типа 18650 , максимальный ток потребления 300 мА.
Себестоимость устройства не более 750 рублей.
Заключения
Несмотря на то , что устройство является лишь прототипом , оно показало превосходные результаты . Во время испытания мне удавалось в холодное время года (декабрь) приводить машинное масло, которое предварительно охладил до минусовой температуры, в хорошо текущее субстанцию. Всего за 1 минуту удалось соединять методом размешивания машинное масло с бензином .
Устройство получился крайне дешёвым . Его стоимость составляет около 750 рублей с учётом всех элементов , включая аккумуляторы и корпус . Безопасен при эксплуатации - нет трущихся элементов и низкое напряжение электропитания устройство с возможностью подключения к автомобильному аккумулятору .
Предполагаемое устройство может найти применение во многих сферах деятельности человека . При изготовление устройства я получил дополнительные знания в области физики и радиоэлектроники , приобрёл навыки в радио конструирования и в ведения монтажных работ.
Предпринимательская эффективность
Подобное устройство с небольшой доработкой может использоваться везде , где требуется взмешивание субстанций . Например , в авто мастерских , авто магазинах , в различных исследовательских лабораториях медицинского и технического направления .
.
Список литературы
-[1]«Жидкости. Прекрасные и опасные субстанции, протекающие по нашей жизни», автор — Марк Медовник.
-[2]«Физическая и коллоидная химия», автор — Т. В. Терзиян.
-[3]«Измерительные приборы и массовые электронные измерения», авторы — В. П. Дьяконов, А. А. Афонский.
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 2