Как работает левитационный светильник

Левитирующие лампы и светильники: описание и принцип работы

Левитирующие предметы – вещи, парящие в воздухе за счёт магнитного отталкивания или подвесов, взаимно компенсирующих действие друг друга. Наряду со столами, такими предметами могут стать, к примеру, обычные светодиодные лампочки, потребляющие сравнительно мало электроэнергии по сравнению с лампами накаливания.

Что это такое?

Левитирующая лампа, или парящий светильник, – по сути, лампочка, не соприкасающаяся непосредственно со своей основой, в качестве которой выступает светильник. В обычный светильник эта лампочка вкрутилась бы – чтобы обеспечить устойчивое свечение. В левитирующем светильнике её притяжение обеспечивается за счёт магнитов. Но это притяжение не является окончательным, т. к. при приближении на определённое расстояние к светильнику лампочка не притягивается, а зависает на нём.

Принцип работы

Между левитирующей лампочкой и смартфоном с беспроводной зарядкой есть важное сходство: передача электричества от источника (базы или основы) к приёмнику (прикладываемому изделию) осуществляется за счёт электромагнитной индукции – вроде той, что возникает в трансформаторах при понижении сетевого напряжения с опасного для жизни человека значения до относительно безопасного. Прикладывая смартфон к беспроводной «док-станции», вы даёте ему возможность подзарядиться. Аналогично и с лампочкой: в идеале дав ей полностью притянуться к магнитам, вы заставляете её светиться. В состав бесконтактного вторичного источника энергии входят катушки с сердечниками – в принимающем устройстве они также есть. Только смартфон притягивается полностью к «базе», а лампочка останавливается на небольшом расстоянии от «беспроводного патрона» и начинает светить.

Если светильник внезапно отключится, к примеру, при внезапном отключении подачи напряжения в сеть квартиры или дома, то лампочка не упадёт.

Система защиты продумана таким образом, что лампочка, наоборот, окончательно притянется к патрону. Дело в том, что отталкивание производится за счёт электромагнитов – притяжение же, в свою очередь, формируется обычными постоянными (например, неодимовыми) магнитами. После того как подача питающего тока в светильник восстановится, оттяните лампочку от патрона – она вновь будет парить на своём штатном месте. Сама же система защиты работает за счёт датчиков Холла и катушек, подстраивающих магнитный поток, – в целях недопущения падения лампочки.

Разновидности

Данное изобретение вылилось в конкретные разновидности. Теперь это не просто парящая над (или под) подставкой лампочка. Так, настольные осветительные приборы Missione Fly и Missione Loft устроены следующим образом: первый – это парящая над подставкой лампочка, второй – наоборот, свисающая. Активация и выключение этого предмета интерьера – а это не просто светильник, а необычное для новичков украшение комнаты – происходит за счёт сенсорного выключателя, предельно скрытого в нижней части (подставке) и убранного подальше от неискушённого в подобных вещах наблюдателя.

Другие производители, к примеру, Flyte и Volta, также перешли на производство парящих над подставкой лампочек.

Но в лидеры по дизайнерским решениям выбился ещё один из производителей, предложив рынку левитирующих предметов свою разработку – светильник Heng Balance Lamp. Выключатель выполнен в виде двух подвешенных на шнурках шариков с магнитами и катушками, которые нужно вручную подвести друг к другу, чтобы светильник засветился. Подсвечивающая рамка выполнена в виде эллипсоида, в котором расположены светодиоды, потребляющие мало электроэнергии. Размыкание (разведение) шариков, в свою очередь, гасит свет. Разработчики остановились также на круглой и квадратной формах светоэлемента.

В качестве иных разновидностей – своеобразная «антигравитационная фонтанная», левитирующее облако, «Луна» с левитирующим выключателем и т. д. Первая представляет собой декоративный комнатный светильник, имеющий вид фонтана или метёлки, составные прутья которого изготовлены из декоративного оптического волокна, передающего свет в виде светящихся мелких точек на концах этих прутьев. Внешне он отдалённо похож на своеобразный «поющий фонтан»: разработчики не останавливаются на достигнутых результатах и встраивают в подобные светильники диммеры, управляющие цветным свечением светодиодов, излучающих красный, синий и зелёный цвета.

Второй вариант – декоративное облако из прозрачных для белого света материалов. Само «облако» можно изготовить, к примеру, из оптической эпоксидки, которая играет роль изрезанной линзы сложной формы, выполненной в виде неправильного многогранника с сотнями граней. В результате, к примеру, на белой стене рядом формируются причудливые пучки преломленных сложным образом лучей света.

Светодиоды, залитые в «облаке», также меняют своё свечение с помощью диммера.

Впрочем, лампочка в виде облака может выпускаться и в виде голубого шара, на котором нарисованы облака.

Наконец, последний из вариантов напоминает собой декоративную лампочку с неровной текстурой и матовой поверхностью. Благодаря тёплому свету подсвечивающей внутреннюю сторону плафона лампочки последняя похожа на Луну. На поверхность плафона нанесена лунная текстура – она видна, лишь когда светодиоды внутри шара светятся. Без света это простой белый шар. Как и шарообразное «облако», он поворачивается, пока левитирующая подставка включена.

Источник

Левитирующие гаджеты: парящие лампы, колонки и растения

Как и «летающие» гаджеты, такие, как, допустим, коптеры, левитирующие устройства тоже создаются больше частью для развлечения. Траектория полета не «предусмотрена», и парят такие девайсы строго на одном месте, несильно возвышаясь над какой-либо поверхностью. И так, как «магическая функция» для них — не главная, то чаще всего она добавляется к более понятным характеристикам: так появились летающие лампы, динамики, растения и т. п.

Предлагаем небольшую подборку таких устройств:

Левитирующий глобус

Одно из самых первых устройств, с которым мы познакомились, был бизнес-сувенир в виде глобуса. Миниатюрный шар парил между двумя краями небольшого коромысла, которое в свою очередь подключалось к сети.

Волшебство лучше всего демонстрировать на таких вещах, которые в классическом понимании никак нельзя усовершенствовать. Понятно, что лампа должна вкручиваться в патрон, а вся конструкция — работать от электричества, поэтому левитирующие источники света, никак не связанные «проводами» должны впечатлять.

Ночничок, абажур которого поделен на две части, одна из которых как раз-таки и зависает в воздухе в то время, когда конструкция подключена к сети. Магия создается поэтапно: сперва над основанием как бы «навешивается» небольшая деталь, на которую сверху цепляется оставшаяся часть абажура. В этот момент ночник загорается:

Похожее, но чуть более дорогое устройство продается под названием Eclipse. Всего модельный ряд включает несколько девайсов с разными видами абажуров, а отдельные модули.

Отдельные модули, предназначенные для водружения на них разных предметов, тоже сегодня не проблема. Такие можно найти и на Amazon, а на Aliexpress предлагаются вниманию что-то вроде «левитирующих баров», правда, для одной бутылки. Конструкция, возвышающаяся в высоту, включает два магнита, между которым вставляется бутылка:

Возвращаясь к лампам… Нельзя не упомянуть довольно громкий проект с Kickstarter Luna — настольную лампу — где светящийся диск парил на небольшом расстояние от «головы»:

Еще один проект с Kickstarter — Flyte — тоже связан с парящим светом, однако в отличие от предыдущего он не «висит», а «стоит». Лампа на подставке была представлена в прошлом году, и ее стоимость начиналась от $149.

А вот тут показано, как можно сделать что-то подобное своими руками.

Сделать парящую колонку тоже оказалось не так сложно, и многие в этом преуспели. Покажем лишь некоторые:

Чрезвычайно на него похожий, но почему-то известный под другим названием, Fineway.

Music Angel — тоже «игрушка» с Amazon круглой формы и аналогичными предыдущим характристиками:

ASWY — динамик с CES, некруглой формы.

Обзор этой колонки мы, кстати, делали в нашем блоге на Geektimes.

Самым же забавным на общем фоне кажется LittleBigSound — целая коллекция роботов-колонок миниатюрной формы, которые ко всему прочему еще и обладают подсветкой:

Все динамики такого типа обладают довольно сходными конструктивными особенностями: это обязательное наличие базы, подключенной к сети, над которой на небольшом расстоянии и парят звукоизлучатели. В некоторых случаях мы имеем обычный динамик, в некоторых, как в том же ASWY — возможность обратной связи, правда, громкой.

Самым громким проектом оказался Бонсай, о котором многие писали, в том числе и здесь.

На выбор покупателям предлагалось несколько вариантов дизайна, а сама конструкция, как и в других девайсах, состояла из двух основных частей: мощной магнитной базы и мохового шарика, также оснащенного магнитом, что и давало эффект левитации. Основная проблема проекта — доставка такого «гаджета» за пределы Японии, которую планируется реализовать через региональных партнеров.

Правда, это не первое предложение такого рода. Менее заметно прошла другая кампания с левитирующими растениями, хотя отгрузки по ней должны начаться уже в марте, то есть практически на днях. Little green planet позволяет выращивать несколько более понятных и привычных видов растений, вплоть до кактусов:

А вот так выглядит прототип конструкции с недооформленной базой:

Идея левитирующих девайсов для жизни, хобби, развлечения волнует дизайнеров, и уже «отрисованные» идеи в течение последних лет десяти появляются на страницах разных изданий в качестве прототипов. Одним из долгожданных устройств можно было бы назвать левитирующую кровать, о которой активно говорили еще лет 7 назад. Она была представлена дизайн-студией KooTouch, однако до сих пор никаких оснований верить в ее серийное производство нет.

Источник

Сайт про изобретения своими руками

МозгоЧины

Сайт про изобретения своими руками

Как самому создать магнитную левитацию в домашних условиях

Как самому создать магнитную левитацию в домашних условиях

Магнитная левитация — метод, позволяющий с использованием только силы магнитного поля поднять и переместить предметы. Подобное явление применяют для нейтрализации различных ускорений, например, свободного падения.

Сам термин «левитация» имеет английское происхождение: levitate – подняться в воздухе. Это состояние, преодоления объектом гравитации: парение в воздухе, ни на что не опираясь, не отталкиваясь, не используя реактивную тягу. Физики дают такое определение левитации: стабильное положение предмета в поле гравитации, где сила тяжести встречает сопротивление возвращающей силы, что обеспечивает стабильное положение в пространстве. Левитация в естественном состоянии не существует.

Способы реализации магнитной левитации

Обеспечить равновесие объекта в пространстве можно, применив несколько способов: сервомеханизмы, диамагнетики, сверхпроводники и системы с вихревыми токами. Такие устройства дают возможность объекту сохранить равновесие, когда он поднят над основой с магнитом. Как сделать левитирующий прибор самостоятельно выясним в статье.

Электромагнитная левитация с системой слежения

Собрав устройство на основе электромагнита с использованием фотореле достигают левитации мелких металлических предметов. Они зависают в воздухе, приподнимаясь над электромагнитом, который закреплен на стойке. Электромагнит работает, пока предмет не затеняет фотоэлемент в стойке, то есть он получает световой сигнал от контрольной точки и предмет медленно поднимается.

Поднявшись на расчётное расстояние, предмет перекрывает контрольную точку, на фотоэлемент попадает тень, магнит отключается и предмет падает. Но окончательно упасть на стойку он не успевает: как только с контрольной точки уходит тень, фотоэлемент срабатывает, и магнит вновь включается. Досконально отрегулировав систему можно добиться ощущения парения предмета в воздухе.

Этот принцип положен в основу изготовления сувенирных левитирующих глобусов

Диамагнитная левитация

Самым доступным диамагнетиком (свойство намагничиваться против магнитного поля) является грифель карандаша из графита. У него сильная магнитная восприимчивость. Способен проявлять левитацию над неодимовым магнитом при температуре от 15 °C до 25 °C. Для создания магнитной ловушки полюса магнитов располагают в шахматном порядке.

Магнит с показателем индукции в 1Тл способен повиснуть между висмутовыми пластинами. Создав магнитное поле в 11 Тл, можно стабилизировать его левитацию даже между пальцами, так как они тоже диамагнетики.

Левитация магнита над сверхпроводником (эффект Мейснера)

Взяв пластину из оксида иттрия-бария-меди и охладив ее до −195,75 °C (жидкий азот), мы придаем ей свойства сверхпроводника. Положим под подставку с неодимовым магнитом эту пластину и уберем подставку: мы видим как магнит левитирует в воздухе.

Минимальная индукция в 1мТл способна приподнять на 4 миллиметра магнит над подобным сверхпроводником. Добавляя индукцию, увеличивается расстояние между пластиной и магнитом.

Это явление основывается на свойстве сверхпроводника выталкивать магнитное поле из сверхпроводящей фазы. Поэтому магнит, сталкиваясь с полем противоположного заряда, отталкивается от него и зависает над сверхпроводником, пока тот не потеряет свойства.

Левитация в условиях вихревых токов

Вихревой ток, возникающий в переменном магнитном поле больших проводников, может удержать некоторые металлические предметы, вызывая левитацию. Например: диск из алюминия может парить над катушкой переменного тока.

Это явление объясняет закон Ленца: индуцированный диском ток создает поле, противоположного направления. Таким образом, диск будет левитировать пока в катушке есть переменный ток. Главное подобрать подходящие габариты катушки.

Такое явление можно увидеть, запустив неодимовый магнит в медную трубу. Опять же индуцированное магнитное поле направляется противоположно магниту и заставляет его парить внутри трубы.

Основные типы магнитной левитации

На парящий предмет воздействует давление, которое можно получить, используя несколько конструкций. Принято выделять электромагнитные конструкции (ЕМS) и электродинамические устройства (EDS).

Системы ЕМS нестабильны в равновесном положении. Для приемлемой работы требуется оснащение автоматизированной системой управления, которая обеспечивает бесперебойный контроль.

Притяжение возможно между ферромагнетическими проводниками и электрическим магнитом. Работа подобных систем основана на принципах действия вихревого тока в проводящем компоненте. Это возможно при наличии переменного магнитного поля.

Система EDS может быть представлена двумя типами взаимодействий:

1. Стационарная катушка находится во взаимосвязи с магнитом, который является сверхпроводником.
2. Изменение в магнитном поле вызывает воздействие силы, генерирующей переменный ток.

Сила отталкивания, используемая в электродинамической системе, делает ее инертно стабильной. Что обуславливает использование постоянных магнитов в установках гибридного типа, а не в самостоятельных. Потому что постоянные магниты не обеспечивают стабильности положения в различных степенях свободы.

То есть, не поддерживая другими силами, которые воздействуют на статичность, невозможно обеспечить правильное функционирование системы.

Иногда планируется для обеспечения процесса левитации отойти от применения магнитных материалов и собрать систему из элементов отличной структуры. Тогда все равно возникает необходимость применять магнитные посредники (вставки).

Как сделать магнит своими руками

В основе действия всех левитаторов лежит магнитное основание. При желании можно сделать магнит в домашних условиях. Например, чтобы превратить обычную отвертку в магнитную. Понадобятся: батарейка 5 или 12 вольт, медная проволока, изолента, отвертка.

1. Берем отвертку и наматываем на нее от 280 до 350 витков очень плотно друг к другу.
2. Поверх проволоки наматываем изоленту, также тщательно.
3. Подключаем один конец проволоки к плюсу батарейки, другой к минусу и оцениваем магнитный эффект.

Магнитная левитация в домашних условиях

В 90х годах XX века очень популярной стала игрушка Левитрон, основанный на воздействии магнитного поля.

Это волчок-левитатор, зависший в воздухе. Подобную игрушку можно собрать в домашних условиях, чтобы понять сущность магнитной левитации. Как сделать левитрон – представим подробную инструкцию.

Список материалов:

• доска из дерева;
• простой карандаш;
• изолента;
• шайбы из пластика или латуни;
• картон;
• 13 дисковых неодимовых магнитов марки N52 размером 12*3 мм;
• широкий кольцевой магнит с наружным диаметром 20, внутренним 10мм марки N42.

Описание процесса сборки пошагово:

1. Изготовление раскладки. Изначально волчок собирался на двух керамических кольцевых магнитах. В нашей конструкции мы применим стандартные неодимовые магниты. Для начала распечатаем схему отверстий разметки для установки магнитов. Перед началом работ проверьте соответствие размеров в распечатанной схеме и указанных в исходнике. Если все соответствует, то вырежьте макет.
2. Готовим основание. На доску приложите бумажную схему и разметьте в соответствии с ней. Обратите внимание, что толщина деревянной заготовки должна быть от 6мм.
3. Перенос всех блоков схемы на основу. Приклейте бумажный носитель к получившейся основе. Используя сверло Форстнера (d=12мм), накерните центр кругов. Это обеспечит дальнейшую точность сверления.
4. Высверливаем отверстия. Применяя сверло Форстнера (d=12мм) делаем отверстия в заготовке так, чтобы дно отверстия заходило на 3 мм в верхнюю часть блока. Следует обеспечить расположение магнитов на максимально близком расстоянии к верхней части.
5. Установка магнитов. Когда отверстия готовы, вы еще раз проверили их размеры, установите магниты одним полюсом вверх, например южным. Для определения полюсности можно применить маркированный магнит D68PC-RB. Положим блок на стальную пластину, чтобы магниты легче прошли на дно отверстий. Возьмем магниты марки N52 и разложим в отверстия по одному как можно глубже. Если необходимо протолкнуть магнит, можно взять деревянный дюбель.
6. Как сделать волчок. Берем карандаш длиной 40 мм с заостренным концом. Наматываем на него изоленту, для увеличения диаметра подходящего под центральную часть кольцевого магнита. Вставьте карандаш в магнит, чтобы южный полюс располагался внизу, как и заостренная часть карандаша. Чтобы добавить вес волчку, воспользуйтесь пластмассовыми или латунными шайбами: наденьте несколько сверху. Для обеспечения правильной работы необходимо методом подбора определить приемлемое количество шайб.
7. Запускаем систему. Отрезаем картон или пластик для платформы. Укладываем его на магнитное основание. На платформе волчок начинает раскручиваться и постепенно с платформой поднимается вверх до попадания в яму магнитного поля.

Если все сделано правильно, то волчок зависнет. Отладка механизма может занять продолжительное время.

Советы по регулированию волчка:

• Постарайтесь обеспечить баланс основания. Применяйте кусочки картона или бумаги для поднятия сторон основания и его выравнивания. При отклонении от центра к какой-то стороне, поднимайте ее, подкладывая кусочки бумаги.
• Примените трехточечное нивелирование.
• Учитывайте вес волчка: устройство предполагает наличие магнитной ямы – сила магнита в центре слабее, чем возле края. Для удержания магнита в центре, следует добавить вес (при вылетании волчка) или уменьшить (если волчок не поднимается от платформы).
• Еще одним значимым показателем является высота платформы: низкая платформа не дает волчку достаточно раскрутиться. Следовательно, нужно подложить под нее бумагу или картон.
• При наличии под рукой 3D-принтера, можно распечатать на нем игрушку.

Таким образом, сделать левитрон своими руками в домашних условиях возможно. На основании представленных материалов можно сконструировать различные сувениры, предметы интерьера, способные порадовать вас и ваших знакомых. Помимо этого можно показывать всевозможные фокусы с магнитами и левитацией детям.

Источник