Marc pràctic
Introducció
El marc pràctic d'aquest treball de recerca és fer un tren de levitació magnètica, i en aquest apartat explicaré tot el que vaig fer al principi, per a poder saber com havia de fer el tren, la via i el sistema de propulsió magnètica.
Primer de tot havia de fer proves per a veure quin seria el millor model de levitació magnètica. Per a fer aquestes proves, el que vaig fer va ser comprar diferents imants de prova a la tenda online Supermagnete, per a veure en primera vista quina força tenien les diferentes mides possibles, i quina era la millor. D’entrada creia que els imants que utilitzaria serien de neodimi, ja que tenen molta més força que els de ferrita, i tenen moltes formes que podien encaixar bé al meu projecte:
Tots els imants de ferrita tenen formes quadrades, mentre que els imants de neodimi tenen formes quadrades i cilíndriques, i aquestes últimes tenen els pols molt més diferenciats. Això els podia fer més útils com a imants levitadors, ja que l’altre pol de l’imant estava més lluny de l’imant levitat, i això feia que la força que li pogués fer (i el desequilibri) fos més petita.
Tot i així vaig decidir comprar uns imants de ferrita per a provar-los, junt amb uns quants imants de neodimi amb formes diferents per a provar-los. A la tenda et demanen que compris 5 o 10 unitats com a mínim, però això no suposava un problema per a mi, ja que d’aquesta manera podria construir sistemes de levitació magnètica molt senzills sense necessitar barrejar diferents models d’imants.
Els imants de ferrita que em vaig comprar són els FE-Q-40-20-10, de 40mm de llargada, 20mm d’amplada i 10mm d’altura. Tenen una força de subjecció de 2,5kg, suficient per a que el meu tren levités, i no estan revestits. Això em va portar una mica de problemes, ja que al no estar revestits embrutaven bastant, i si xocàven l’un amb l’altre de manera no controlada es podien fer malbé. De fet, a un imant li va saltar un tros petit com si fos una estella de fusta, al xocar contra un altre.
D’imants de neodimi en vaig comprar de molts més tipus:
-W-10-N: un cub de neodimi de 10x10x10mm, amb una força de subjecció de 3,8Kg. Com tots els imants de neodimi està niquelat, i té una temperatura de servei màxim de 80ºC.
-W-05-N: un cub de neodimi de 5x5x5mm, amb una força de subjecció d’1,1Kg. També està niquelat i té una temperatura de servei màxim de 80ºC. D’aquests cubs en tinc 10, ja que era la mínima quantitat que es podia comprar.
-S-10-20-N: cilindre de neodimi niquelat de 10mm de diàmetre i 20mm d’altura. Té una força de subjecció de 4,4Kg, i una temperatura de servei màxim de 80ºC.
-S-08-30-N: cilindre de neodimi niquelat de 8mm de diàmetre i 30mm d’altura. Té una força de subjecció de 2,7Kg i una temperatura de servei màxim de 80ºC.
Experimentant
El primer que vaig fer va ser agafar dos cartes qualsevols, i els hi vaig dibuixar unes línies paral·leles que indicaven a on s’havien de posar els quatre W-05-N. En vaig enganxar dos a cada extrem d’una carta, de manera que si intentava fer un pont amb elles les forces repulsives dels imants actuarien. Tot i així, aquest experiment no em va funcionar. Vaig provar de posar les cartes en tots els angles possibles, i sempre el que passava era que una queia i s’enganxava sota l’altra (ja que el pol oposat de l’imant era molt proper). L’única manera d’aconseguir levitació magnètica (parcial) era posant les cartes fixes al terra i molt a prop l’una de l’altra, de manera que una saltava cap amunt i es quedava flotant.
Jo el que veia era que els imants eren molt inestables i al tenir tanta força, normalment el que feien era caure cap a un costat o donar la volta per a ajuntar els dos pols oposats. Jo sabia que quan fes el tren això no passaria, però les meves proves eren massa senzilles com per a que funcionessin. Un problema que es resoldria amb el tren seria que els imants no caurien cap a endavant, ja que més endavant hi hauria més imants, que també farien una força de repulsió. De manera que vaig pensar en fer un model de tren, però només en 2 dimensions, de manera que el problema de “caure” endavant no existís.
Això ho vaig fer posant un pla inclinat uns quants graus per a que el “tren” tingués un lloc o recolzar el mínim de pes sense caure endavant (la gràcia era que recolzava el seu pes sobre els altres imants), i allà hi vaig enganxar els imants que farien levitar el tren. Vaig intentar posar uns imants per a veure si levitaven, juntant-ne tres per a que l’altre pol estigués molt lluny i no fes perdre l’equilibri als imants. Costava molt, però al final ho vaig aconseguir, els imants estaven “flotant”. Tot i així, allò no era viable, era molt difícil que estiguéssin en equilibri.
Vaig entendre que hauria de fer un tren amb dos vies i amb suports per a que es quedés sobre les vies. Això ho faria posant uns plàstics amb coeficient de fricció molt baix o unes rodes, de manera que el tren avancés amb el mínim de fregament possible. Per a veure si funcionaria, vaig agafar uns imants de ferrita (al tenir camps magnètics menys potents, em semblava que serien més estables) i els vaig enganxar en fila. Vaig agafar-ne uns altres, i els vaig enganxar a un tros de fusta. Amb dos parets al costat per a que els imants levitats no giressin sobre si per a enganxar-se als de sota, vaig aconseguir que levitessin, com es pot veure al següent vídeo:
Al tenir clar com seria el meu model de levitació magnètica, vaig començar a buscar com podria fer el tren. Vaig assabentar-me de que a l’escola hi ha una impressora 3D, de manera que em vaig anar a informar quin programa s’havia d’utilitzar per a fer models 3D. El primer que volia saber era la precisió de la impressora, de manera que vaig fer un model molt senzill per a veure-ho: un cub 3x3x3cm amb un forat d’1x1x1cm a un costat, i un cub d’1x1x1cm sol. Si tot anava bé, el cub petit hauria d’encaixar dins del cub gran, però un cop imprès vaig veure que era difícil. Al cub petit li costava molt entrar, degut a la rugositat del material. En canvi, un cub de neodimi W-10-N hi encaixava més fàcilment, degut a que és més llis.
Ara ja sabia que no havia de fer un model de tren amb forats, ja que podia córrer el perill de que no hi entrés el que volia.
Finalment, em vaig comprar 12 electroimants SODIAL(R):
