La gru elettromagnetica

Il gruppo di elettromagnetismo in collaborazione straordinaria con il gruppo di meccanica ha deciso di sviluppare un progetto che avrebbe coinvolto entrambi gli ambiti: un sollevatore elettromagnetico.

Parte elettromagnetica

L’idea di base era sfruttare una bobina alimentata per generare un campo elettromagnetico che permettesse di sollevare un piccolo oggetto metallico, una barretta di ferro, e posizionare questa bobina appesa ad una gru meccanica. Abbiamo comprato due bobine e successivamente si e costruito un prisma rettangolare in ferro da inserire tra le stesse per aumentare l’intensità del campo magnetico generato.

Abbiamo deciso di collegare le bobine in parallelo cosi che riuscissimo ad avere maggiore corrente (a causa della minore resistenza che vede il generatore con questo collegamento) per generare un campo magnetico abbastanza intenso per sollevare l’oggetto che ci eravamo prefissati (barretta di ferro).

Parte meccanica

Dovevamo progettare e costruire una struttura meccanica che fosse in grado di tenere sollevata la bobina e di poterla spostare su di un asse verticale. A tal fine si e presa d’ispirazione il profilo di una gru. Per costruirla si e utilizzata una semplice squadra da mensola in acciaio che e stata poi saldata su di una piastra metallica che fungerà da base. Come in una normale gru, abbiamo calcolato il contrappeso necessario per mantenere il nostro sollevatore in equilibrio, in questo caso esso sarà posto alla base del braccio ad una determinata distanza dall’asse.

Per consentire il movimento della bobina lungo l’asse verticale della stessa, l’abbiamo attaccata ad un gancio legato ad un cavo in acciaio zincato rivestito di plastica, che viene controllato manualmente tramite una manovella. Il cavo passerà attraverso varie carrucole saldate sul braccio in determinate posizioni, di particolare importanza quella posta allo spigolo e quella all’estremità.

Strumenti:

· Due bobine in rame da 1600 spire, con una portata massima d’intensità di corrente di 1 A, di massa 220 g l’una; · Prisma rettangolare in ferro, interno alle bobine, di massa 330 g; · Barretta di ferro di massa di 190 g; · Due carrucole; · Filo d’acciaio zincato rivestito in plastica di lunghezza 2 m; · Squadra da mensola di misure 315x489x4 cm; · Manovella; · Gancio metallico; · Contrappeso da 2620 g; · Generatore di tensione (max 30 V); · Fili d’alimentazione;

Calcoli

Conti elettromagnetici:

I=0,7 A; V=30V; Due bobine aventi N=1600 spire ognuna Ntot=3200 spire, di lunghezza l=0,07m; m=220g; mtot=770g; Campo magnetico generato H=(N*I)/l=32000H; B=H*μ, con un μ relativo ad un materiale ferromagnetico, quindi di valore molto alto, oscillante tra i 103 e i 104, considerando il valore più basso abbiamo fatto una stima e ottenuto un valore di B di 1,5T circa pari alla saturazione del ferro.

Conti meccanici:

Il calcolo più impegnativo nella parte meccanica e stato trovare la massa da usare come contrappeso alla base per mantenere l’equilibrio del braccio: per farlo abbiamo utilizzato la terza equazione cardinale della statica, riguardante l’equilibrio tra i momenti, e abbiamo ottenuto che: mcontr=[(mpezzo+mbobtot)*doriz+masseoriz*dbaror]/dcontr= =[(190+770)*320+313*160]/150=2620g