2017年9月22日 星期五

軟質磁鐵的磁場排列_終極解碼



好~~~這次連我自己都覺得有點誇張了(值得分享)

雖然從之前前輩們的說明和實驗
初步已經了解了軟質磁鐵的排列方式
單一列大概就是這樣

然後就是將這個排列無止盡的重複下去
但單一列的磁場和許多行列的重複排列還是不一樣的
還是解不開我之前長邊和短邊偵測結果難以詮釋的問題
乾脆自己來搞一個好了!!

需要有許多正立方體的磁鐵才會方便組合
而且磁力不能過大,否則很難接起來
找不到只能自己作了
雖然沒有正立方體,但我有很多長條型的磁鐵

那就自己裁切了吧!!
花了一番功夫,雖然不是很漂亮的正立方體
但能用就好
先用偵測器確認NS極,並作上記號


再依海爾貝克陣列(Halbach Arrays)利用萬用黏土連接起來
重點是不能只有一列
於是作了6x4的方塊


先用偵測器檢驗長邊和短邊
結果和軟質磁鐵很像
長邊會交互閃爍,而且有部分位置會同時亮或同時暗
但短邊幾乎就只有交錯的現象

也就是我之前畫出來的排列方式

但模型一出來馬上就豁然開朗了!!
如下圖所示,馬上就一目了然
不但可以說明實驗結果
也證實了為什麼會有之前那種判斷的結果

再檢驗兩面的磁性
先利用偵測器檢驗,正面交錯亮很明顯
也就是磁場確實夠大
但另一面閃爍就弱了許多(磁場較小)

再實際吸引重物看看
背面還是稍微有磁力
但無法吸起重物
但正面就能輕易的將重物吸起來了
最後用鐵粉來看磁場形狀就更直觀了
這是正面

這是背面

這個實驗結果真是振奮人心!!
我愛死科學了!!
但...有個聲音出現了
「你會教學生那個甚麼甚麼陣列嗎?」老婆受不了出招了
「當然不會,太難了...」
「那你花了麼多時間搞這個作甚麼???」
「我...」
我洗澡去...


鋰電取代一般電池

我那討人厭的朋友打電話來...
「我知道~~又不平易近人了對不對!!」
「不是,我是要問你有沒有讓四驅車跑比較快的方法?」
喔~~這可是個大問題啊
從基本的車身構造、重量、配重
到馬達的選擇、配線的電阻、電源的種類
到齒輪比的配置、扭力和馬力的平衡...
我想他聽不懂我講甚麼的
「有用鹼性電池嗎?」我問他
「有啊~~可是還是輸了...」
「那用鋰電呢?」
「裝不進去啊,遙控車的鋰電都很大顆,也太重了」
「你難道不知道14500?」
「蛤...」

現在的鋰電已經非常普及了
一般都是用直徑和長度來編號
最常見的18650就是直徑18mm,長度65mm


還有小手電筒(或雷射筆)較常用的16340
或和3號電池相同尺寸的14500
都是很方便又便宜的好選擇
也有通用充電器


尤其是14500
只要作一個佔位筒
就可以取代一般兩顆碳鋅電池
除非這個電器對電壓的要求非常嚴格
否則一般說來3V的電器衝到5V通常也不會有事
若不知道你的電器是否OK,就乖一點吧~~

佔位筒(假電池)的製作很簡單
拿一顆沒電的3號電池
先利用絕緣膠帶將兩端的正負極貼起來
這很重要!!!否則放入電池盒之後會變成鋰電對這顆電池充電
(嚴格說起來不叫充電,只是把它當成電器了)
再拿鋁箔膠帶(五金行有賣)貼在假電池上
兩端稍微折進去,比較不容易破
最後再用透明膠帶捆一下,讓電火布服貼在假電池上
這樣就OK了









把假電池(佔位筒)和14500依一般電池的擺法放入電池盒
就有一個大功率且電量充足的電源了

「林宣安~~(四驅車)真的衝很快耶,你果然有點功能了,就是要作這種有用的東西嘛~~」
這...無言...只有你不知道吧~~
我5、6年前就已經將我的麥克風這樣搞了,方便又環保

原來這種東西才會受到青睞...
果然是人鬼疏途...

2017年9月21日 星期四

軟質磁鐵的磁場排列


軟質磁鐵經常出現在冰箱和黑板上
仔細觀察就會發現這種磁鐵只有一面有磁性
而另一面的磁性排列卻和一般磁鐵不太一樣
利用磁極檢測器發現
長邊磁極交錯著在改變

短邊則固定一整排都是N或S


所以磁場排列大概像這個樣子

但實際上卻好像不是這麼單純
從長邊的明暗變化發現會有某一的區間完全沒有磁極(紅綠一起亮)
也就是說不是單純的NS交錯排列而已




但我的偵測器sensor太大
磁極的排列似乎更密集
已經極限了...
坦白說,作完之後我也是沒有明確的答案
豬腦袋沒有想像中那麼聰明
但似乎圖像比較清晰了
至於如何更好地詮釋實驗結果
看官們自由心證吧!!

不過這其實早就有了"標準答案"_就是海爾貝克陣列(Halbach Arrays)

以下這篇簡單易懂,還有模型解說呢
https://www.kjmagnetics.com/blog.asp?p=halbach-arrays

既然已經有了答案,何必大費周章還作了儀器檢驗?
沒有為甚麼...這就是科學
豬腦袋通常只會用"化學方法"來做"物理實驗"
不管別人(網路、課本...)怎麼說
我就喜歡自己找門路試試看
其實通常結果很爛,甚至沒有參考價值
但...這就是科學

科學是拿來作的,不是拿來說的

NS極磁場檢測器_集成


很多假設可以靠間接的現象來回推可能的情況
但終究還是"可能"
最終如果能用儀器作最後的檢驗
可信度就會提高許多
因此...在解開軟磁鐵磁場排列懸案之前
工具還是要先出來
作出來大概就是以下這樣
(原理請看上一篇)
電壓提高了一些
因此通路時兩個LED都會亮
但外加磁場靠近後就只會亮其中一顆
綠色是S極
紅色是N極
兩個LED的驅動電壓必須差不多(最好一樣)
這樣不同方向磁場的影響才會比較一致







2017年9月20日 星期三

NS極磁場檢測器

之前利用三極體作出了正負電荷偵測器
這真的是好用的工具
同樣的,NS極的檢驗就簡單許多
通常就是直接利用指北針來看就可以
但還是可以將這個偵測數位化的
甚至進一步可以偵測磁場大小
所需要的東東就是霍爾開關
霍爾效應(Hall effect)是1879年由埃德溫·赫伯特·霍爾(Edwin Herbert Hall)在馬里蘭州約翰霍普金斯大學攻讀博士時發現的
這一發現還比電子的發現早了18年(維基百科)
簡單的來說就是導體內部流動的電子受到外加磁場的影響改變了原本的分佈情況
而產生了一個內建電壓(霍爾電壓)
可以看一下這個影片,簡單易懂
利用這個原理所作出的感應器就叫做霍爾開關
我們就可以利用霍爾開關來當作磁極的檢測器
我拿的型號是49E


假設就把寫字的那面稱為正面
當S極接近時正面時,LED就會通路
反之,若N極接近背面時,LED也會通路
因此我們可以利用兩顆霍爾開關正反並列
分別接上LED燈
就可以檢測磁鐵的極性了




再精良一點可以同時檢驗通過的電流大小
標準化之後就可以知道該位置的磁場大小
但...我沒有高斯計可以標準化
也就是說,又要敗家了嗎~~~~

2017年9月19日 星期二

電弧打火機改裝雅各天梯


下班到五金行買垃圾袋
結帳時剛好望到櫃台擺了一台漂亮的打火機
吸引我的不是打火機,而是上面的標籤"電弧打火機"
理化老師的直覺告訴我,300~~老闆,包起來!!

整個鐵盒裝其實滿有質感的
打開還有"噹"的一聲
上面的花紋也很酷
裡面只有一個仿一般打火石滾輪的開關
按下去就會在上面產生高溫的電弧
很容易就可以點燃紙張
感覺就是專門要給理化老師要拿出來點火的雞司頭










但這不是開箱文,這是哀悼文
因為...他即將為國捐軀了

拆開來看
裡面作工還算可以,用了一顆鋰電當電源
拆下電極,塞入兩根鐵絲中
就是小型版的雅各天梯了
通電後因為功率還是不夠(溫度不夠高)
所以無法看到明顯的上升,哪怎麼可以叫做天梯!!
所以用瓦斯槍給他一點溫度
電弧就上升了!!






感謝您為國(科學)捐軀...