Det svävande klotet

Skrivet av Kenneth Johansson
http://welcome.to/kenneth.johansson

Senast uppdaterad 2001-05-02


 

Om någon sa att han kan få ett stort och relativt tungt aluminiumklot att sväva i luften, skulle ni tro honom då? Kanske ber ni den personen att sluta titta på StarTrek eller StarWars filmer. Men om Kenneth säger det...........???

Dags att sluta tvivla

Kenneth säger att han kan få ett aluminiumklot att sväva.
Då finns det inte längre något alternativ!

Dags att börja tro!

Det behövs varken science fiction eller magi. Har Kenneth sagt att han ska få ett stort aluminiumklot att sväva så gör han det.
Ni kan själva se här nedan hur det drygt 10 cm stora klotet hänger mellan ett par kraftiga spolar.

Som vanligt så gäller regeln "Fysik inte mystik". Det är inget magiskt över det svävande klotet men det ser onekligen fascinerande ut där det hänger i luften.

Vem som helst som har lite grundläggande kunskaper i ellära och klarar av att hantera en svarv kan tillverka den här fascinerande leksaken. Nåja, det behövs nog en del tålamod också. För att inte göra det för svårt bör man lätta aluminiumklotet till ca halva vikten genom att göra det ihåligt. Det är möjligt genom att tillverka det i två urgröpta halvor som sedan krymps ihop. Klotet blir ganska tungt ändå och får den bästa lyftkraften på det sättet. Tar man bort för mycket så blir klotet för tunnväggigt och kommer att förlora mer lyftkraft än det förlorar vikt.

Om jag får tid, så ska jag tillverka kraftigare spolar så klotet får sväva högre.

Hur fungerar det?

Den nedre spolen skapar ett växlande magnetfält som inducerar en motriktad ström runt klotets midja. Den strömmen skapar ett eget magnetfält som är motriktat det från spolen. De två magnetfälten repellerar varandra och klotet skjuts uppåt. Magnetfältet från spolen är starkast i centrum och avtar i sidled. Därför har inte klotet något stabilt läge där det balanserar ovanför spolen utan det "glider" iväg i sidled och ramlar i backen. Det är här den övre spolen kommer in. Den skapar ett motriktat magnetfällt som gör att det bildas ett minimum i en punkt mitt emellan spolarna. I alla riktningar från den här punkten ökar magnetfältet. Kulan kommer nu att sväva en bit nedanför den mittpunkten där magnetfältet precis upphäver tyngdkraften och eftersom magnetfältet är lite högre runt kulan i sidled så stannar den kvar vid spolarnas centrumaxel. Enkelt, eller hur?

Om du vill tillverka ditt eget svävande klot

Man tager vad man haver, heter det och det var vad jag gjorde. Jag hade tillgång till ett par större spolar men deras varvtal var sådant att de inte kunde ge tillräckligt starkt magnetfält vid vanlig nätspänning. Därför kopplade jag dem i serie med några kondensatorer (serieresonanskrets) för att höja spänningen över spolarna. Det här fungerar någorlunda bra men är ändå en nödlösning. Problemet är att spolarnas induktans ändras lite när kulan rör sig upp och ner mellan dem. Det i sin tur gör att strömmen genom serieresonanskretsen (och spolarna) varierar och lyftkraften ökar när kulan sjunker. Det kan tyckas vara bra eftersom kulan då lättare hålls uppe men eftersom det är en resonanskrets så tar det ett tag för strömmen att öka eller minska och den här lilla tidsfördröjningen gör att kulan lätt börjar gunga upp och ner mellan spolarna. Den här rörelsen tilltar tills kulan börjar röra sig i sidled och kastas till slut ut.

Därför ska man satsa på spolar som kan kopplas direkt till nätspänningen så spänningen över dem hålls konstant. Det kommer att gå en stor induktiv ström i spolarna så man blir tvungen att kompensera den med några stora kondensatorer kopplade parallellt över spolarna. Om ni inte gör det så kommer säkringarna att ryka direkt. OBS! Det skall vara plastfilmskondensatorer och inte elektrolyter. Kondensatorerna är en dyr bit av projektet och dess värde beror på spolarnas induktans och hur mycket ni behöver kompensera innan säkringen går. Ett 64 A uttag kräver inte lika många kondensatorer som ett vanligt10 A uttag. Sedan måste ni också begränsa startströmmen (orsakad av kondensatorerna) genom att koppla in NTC-motstånd på nätledningen. ELFA har speciella NTC-motstånd för startströmsbegränsning.

Hur just era spolar kommer att se ut beror lite på vilken tråddiameter ni får tag på. Att köpa ny lacktråd är dyrt så försök hitta något på skroten. Därför kan jag bara hänvisa er till mitt induktansberäkningsprogram som ni hittar på elektroniksidan (backa tillbaks längst ner på den här sidan). Dimensionerna på spolarna kan ni få en bra uppfattning om genom att titta på bilden ovan.

Nästa problem är kylningen av spolarna. Det går som sagt en mycket stor ström genom spolarna och de blir snabbt varma och börjar lukta lite kul redan efter en minut. Om ni inte vattenkyler dem så kan ni bara köra en kortare stund och låta spolarna kallna mellan visningarna. Det kan därför vara en god idé att lägga in distanser och lämna tunna luftkanaler mellan några av lindningslagren.

Klotet består av två halvklot i aluminium med en väggtjocklek på ca 10 mm, vilket ungefär motsvarar skinndjupet i aluminium vid 50 Hz. Det kan se ut som om man tagit bort mycket av vikten men klotet har fortfarande ungefär halva vikten kvar jämfört med om det skulle ha varit massivt. De två halvorna krymps ihop genom att värma upp den yttre halvan tills den går lätt att trä på den andra. Här gäller det att hålla tungan rätt i mun. Om halvorna trycks ihop lite snett så de låser sig (byrålådseffekten) så utjämnas temperaturen snabbt mellan dem och de krymps fast i fel läge på ett ögonblick. Skulle nog kännas lite trist. Försök hålla klämytorna rena och oxidfria när ni ska montera ihop halvorna så övergångsresistensen blir så låg som möjligt. Putsa dem gärna med ett fint slippapper strax innan uppvärmningen.

Jag har hittills fått mail från en person som lyckats bygga sitt eget svävande klot efter den här beskrivningen, så det är alltså inte omöjligt att även du lyckas!

Här är en ritning på hur de två halvkloten ser ut i genomskärning.

Fortsatta experiment

Efter en stund blir även klotet varmt eftersom det går en mycket stor ström i det. Dess resistans ökar då och klotet svävar inte lika högt. När resistansen ökar värms klotet upp ännu snabbare av strömmen och snart är klotet så varmt att man inte kan ta i det. Man kan kyla klotet i en frys innan man börjar så kan det sväva mycket längre innan den stegrande uppvärmningen tar fart.

Om man kyler klotet med flytande kväve minskas dess resistans drastiskt och det kommer att sväva högre än tidigare. Det kommer även att ta en bra stund innan det blir för varmt. Var bara försiktiga så ni inte tappar klotet när det är så kallt för då spricker det. När man använder flytande kväve skall man använda skyddsglasögon eftersom ett stänk kan förstöra synen! Ta inte heller i klotet när det är så kallt för då får ni förfrysningsskador på några sekunder.

Man kan även prova att få ett aluminiumrör att sväva mellan spolarna. Röret skall ha följande dimensioner: Längd 350-400 mm, diameter 70-100 mm, och väggtjocklek ca 10 mm. Det kommer att hänga ned i den undre spolen och sväva med en del gungningar och snurra runt ibland. Det fungerar bäst om man kyler röret med flytande kväve.

En VARNING!

Växlande magnetfält är inte nyttiga så stoppa inte in handen mellan spolarna i onödan! Den magnetiska flödestätheten vid spolens mynning var i mitt fall ca 30 mT men det är mer än nog för att skapa obehag. Tillverka en oledande hållare av t.ex. plast som ni använder för att stoppa in klotet mellan spolarna med. Håller ni handen mellan spolarna kan ni få en stickande känsla som inte går över på en lång stund. Det borde vara en nog så allvarlig varning!

Magnetfältet avtar kraftigt med avståndet i kubik för en spole och nu har ni två motriktade som ökar dämpningen med minst en potens till. Så ni behöver inte vara rädda för att vistas i närheten av spolen när ni visar upp experimentet. Håll er bara minst en meter ifrån spolarna så löper ni ingen stor risk under den korta tid visningen pågår.

Du är besökare nr  sedan starten 2000-03-03.

Tillbaks till Elektronikhörnan