Elektroberget

Den senare tiden har jag varit uppslukat av den magiska magnetismen.
Jag har påbörjat ett projekt som de senaste dagarna har varit kantat av idel motgångar.
Tanken är att jag skall bygga ett litet berg i trä. Under berget skall det sitta ett gäng elektromagneter som ska flytta järnfilspån längs en stig till bergets topp.

Status på projektet framgår av det mail jag nyss skickade till några av KTHs professorer i elektrofysik (se nedan)

Hej

Jag bygger ett litet berg i trä (se fig 1). Berget skall vara ett ihåligt skal som är ca 5 mm tjockt och under ytan skall det sitta en rad elektromagneter som får vara cirka 3 cm i diameter. (se fig 2)
Ovanpå ytan skall det ligga järnfilspån eller små järnkulor som skall dras till elektromagneterna.
Elektromagneterna ska slås av och på i en serie så att järnfilspånet rör sig som på en stig från bergets rot till dess topp via magneternas magnetfält.

Det jag inte kan lösa är att jag inte har lyckats förstå om magneterna kommer att kunna vara så starka att de kan dra järnfilspånet upp längs berget.
Jag har letat i två veckor på internet och i annan litteratur men jag har inte lyckats hitta exempel på eller beräkna hur stark magnet man behöver.
Jag har även experimenterat med ett 15V, 3A DC aggregat och en kärna av stål (15 mm diameter, 80 mm lång) som jag lindat tunn isolerad koppartråd (0,65 mm) ca 200 varv i tre lager.
Den elektromagneten fungerar men kommer inte i närheten av den dragningskraft jag behöver.
Jag kan inte experimentera så mycket mer eftersom det börjar bli ganska dyrt att köpa olika nätaggregat, järnstavar och annan elektrisk utrustning som är för svaga (för att sedan inse att jag skulle behöva flera kilovolt och vattenkylda magneter för att kunna slutföra projektet).

Jag har förstått att det antagligen skulle vara bättre med en hästskoformad kärna istället för en stav då magnetismen kan färdas genom stålet längre och mindre genom luften.
Även så tror jag att jag borde ha en kärna av mjuk-järn då järnatomerna kommer att rada upp sig bättre i det materialet än stål.
Jag har även förstått att mängden magnetism är proportionerligt till antalet ampere-varv runt kärnan. Så mer ström och fler varv gör magneten starkare (upp till strax under 2 tesla).
Jag har förstått att magnetismen avtar med kvadraten av avståndet, så flyttar men magneten en två centimeter bort så kommer magnetismen minska till en fjärdedel från ursprungsläget.
Jag tror inte att träet kommer att försvaga det magnetiska fältet men jag har inte kunnat verifiera det.

Vad jag inte förstår är hur mycket en tesla är. Vad kan man jämföra det med? Hur mycket kraft ger det och på vilket ungefärligt avstånd kan det dra till sig järnfilspån? Blir en halv tesla hälften av kraften eller kan man inte räkna så?
Eftersom jag inte har hittat någon referens förutom vilken lyftkraft magneter har när de har direkt kontakt med objektet det ska lyfta är det väldigt svårt att beräkna ungefär hur stark magnet jag behöver.

Tror du att detta är byggbart eller är det praktiskt omöjligt?

Jag skulle vara evigt tacksam om du kunde hjälpa mig med detta
Tack på förhand

Som framgår av mailet har jag fastnat lite i mina experiment. Jag har köpt en massa elektro-prylar som uppenbarligen är för svaga för dyra pengar och nu måste jag köpa starkare dyrare elektro-prylar.

Jag har även varit tvungen att köpa ett par datorhögtalare och såga isär (uppenbarligen av tillverkaren Frans Jäger då de var väldigt svåra att få isär).

Här är högtalarna som jag pajjat för att se om man kunde använda en högtalarstärkare som styrenhet till en elektromagnetisk maskin. Signalen från t.ex. en skivspelare bara är en elektrisk ström där amplituden är proportionerlig till volten och frekvensen styrs av hur ofta man vänder fas på den elektriska strömmen. Av det drog jag slutsatsen att man kan köpa en stärkare med fyra kanaler och skicka ut ett ljud som ser ut som en vanlig fyrkantsvåg på en Hz så får man effektivt ett relä som slår av och på en gång per sekund. Det funkade inte. I alla fall inte på den här högtalaren. Jag vet inte vad det beror på men det kanske är så att högtalare har någon form av lågfrekvensfilter som tar bort frekvenser under 20 Hz (som människan inte hör). Det blev bara ett kort puff. Jag hade velat att membranet skulle åka ut och stanna där en halv sekund och sedan åka in och stanna en halv sekund.

Här är min rigg. Mina gears. Mina tools. Ett variabelt nätagg på 0-15 V och 0-3 Ampere. Uppenbarligen för svagt. Sedan har jag lite stålstänger (som jag fick knata ner till järnaffären för att såga upp) som jag lindar koppartråd runt (som inte var isolerad och inte funkade så bra).

Nu skall jag köpa ett bättre agg på 30V och 10A och äkta coli-winding-copper-wire på 23 gauge som är isolerad. Jag ska även köpa en hästskoformat mjukstålskärna för bättre magnetism. Nu blir vi farliga.

Här är mitt första experiment. Klart besviken. Det svarta luddet är järnfilspån (som jag har ett par burkar av) som har fastat på min värdelösa elektromagnet.

Nu ska jag glo på film och hålla tummarna för att professorerna svarar på mitt mail.


Edit:
Professor Nee på KTH har svarat:

Jag tror at projektet är genomförbart, om än litet knepigt.

Det viktiga är att skalet inte är tjockare än 5 mm.

Avståndet är allt! Om man kan minska tjockleken på de ställen där man har magneterna blir det avsevärt lättare.

För att få spånen att vandra uppåt krävs ett ganska stort antal magneter som sitter mycket nära varandra i följd.

Man kanske rentav ska tänka sig en böjlig struktur som är som en bana och som monteras på insidan av berget.

Det är viktigt att magnetflödet återleds med hjälp av en järnkärna av exempelvis C-typ.

Som sagt, mycket arbete, men säkert genomförbart.