Hoe om 'n railgun te maak (wetenskap verduidelik): 17 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:27

WAARSKUWING: Lees die 'BELANGRIKE' stappe, sodat u uself nie seermaak of elektrisiteit kry as u besluit om die verbeterde weergawe van die railgun te maak nie

Geskep deur: Duncan Yee

Oorsig

Die konsep van 'n spoorgeweer bestaan uit die dryf van 'n geleidende voorwerp langs 2 geleidingsrails as gevolg van 'n magnetiese krag en 'n elektriese krag. Die rigting van die dryfkrag is te wyte aan elektromagnetiese velde wat die Lorentz -krag genoem word.

'N Gelaaide deeltjie wat met 'n snelheid [V] beweeg, deur 'n elektriese veld loodreg op 'n magnetiese veld [B], sal 'n krag [F] ervaar, soos uitgebeeld in die diagram regs. Hierdie diagram illustreer die rigting van die Lorentz-krag met die gebruik van die regterreël.

In die geval van hierdie eksperiment is die beweging van gelaaide deeltjies deur 'n elektriese veld die vloei van elektriese lading wat oor 'n koperdraad beweeg. Die magnetiese veld word veroorsaak deur baie sterk neodymium magnete.

Die vergelyking is dus die kruisproduk: [F] = Il X [B]

Ek - huidige

l - lengte van die draad

Dele

Groot reghoekige neodymiummagnete (Lee's PID: 60012)

12AWD koperdraad (Lee's PID: 22498)

12V -battery (Lee's PID: 81036)

Alligatorknipsels (Lee's PID: 690)

Exacto Mes (Lee's PID: 5457)

Diagonale snyer (Lee's PID: 10383)

Karton (Lee se asblik)

Opsioneel: Digitaal kompas (Lee's PID: 98411)

Onderdele wat die ontwerp verbeter

450V 470uF -kondensators (Lee's PID: 8604)

600V 35A brug gelykrigter (Lee's PID: 71096)

60VA geïsoleerde transformators omlaag/omhoog (Lee's PID: 10501)

Netsnoer (Lee's PID: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Lee's PID: 224007) of meer Alligator Clips

Elektriese band (Lee's PID: 10564)

Super Glue (Lee's PID: 4327)

Ferrietkraal (Lee's PID: 10812)

Silikoon seëlaar (Lee's PID: 16028)

Digitale multimeter (Lee's PID: 10924)

Stap 1: Verwyder die 12AWD koperdrade en plaas die relings

Sny die plastiekbedekking van die koperdraad met die exacto -mes weg. Sny twee stroke drade van 2 voet lank met die diagonale snyer. Sny nog 'n strook draad met 'n lengte van 2 sentimeter wat as die dryfvoorwerp gebruik sal word. Koper word gekies omdat dit 'n goeie geleier van elektrisiteit is.

Sny 2 klein sirkels uit die karton en steek 'n gaatjie in die middel van die sirkel. Bevestig dit aan die ente van die 2 duim draad om dit op die stange se pad te hou terwyl dit afgevuur word.

Probeer om nie die drade te buig as u dit huis toe bring nie, sodat u dit as die 'rails' kan regruk. Stel hulle voor met iets wat nie elektrisiteit gelei nie, sodat hulle nie kortkom nie. Ek het 2 liniale gebruik, maar u kan die karton in Lee se asblik gebruik. Knip 'n krokodilleknip vas sodat die ander kant vry is aan elke kant van die relings.

Stap 2: Induseer die magnetiese veld (1)

Met die hoogte van die liniale wat ek gebruik het, kan ek 5 van die reghoekige neodymium magnete onder die relings pas. Hoe meer magnete jy gestapel het, hoe sterker is die magnetiese krag. Maak seker dat die magnete nie die koperdrade raak nie, want dit sal die relings weer kortmaak.

Aangesien die neodymiummagnete aan die een kant uit 'n noordpool en 'n suidpool aan die ander kant bestaan, moet u die vlakke omhoog stapel.

Hou die magnete gedurende hierdie eksperiment in dieselfde rigting. Verwyder 'n stapel magnete tot die gewenste hoogte en plaas dit onder en tussen die twee relings. Plaas nog 'n stapel so na as moontlik langs die relings. Die magnetiese krag tussen hierdie stapels magnete sal teenoor mekaar staan. Ek het hulle in plek gehou met die twee heersers.

Stap 3: Induseer die magnetiese veld (2)

Op hierdie stadium weet ons nie of die magnetiese krag opwaarts of afwaarts gerig is nie. Dit maak ook nie saak nie. U kan egter die rigting met die kompas bepaal. Die noordpool van die kompas sal op die suidpool van die magneet gerig wees. Dit sal u ook die rigting van die magnetiese krag vertel.

BELANGRIK: dit is baie moeilik om hierdie magnete te hanteer, en as dit met mekaar ineenstort, sal dit maklik breek en breek.

Stap 4: veroorsaak die stroom van elektriese lading

Plaas die reggemaakte 2 duim koperdraad langs die relings bo een van die magnete. Dit sal 'n kort spoor veroorsaak, maar dit is waar ons wil hê dat die elektriese ladings moet vloei.

Koppel die vrye ente van die krokodilleklemme, een aan die negatiewe kant van die 12V -batteryklem en een aan die positiewe kant. Die 2 duim staaf sal nou beweeg. Die rigting van die beweging kan bepaal word deur die kragte wat hierbo beskryf is, met behulp van die regterreël. As u nie 'n kompas gebruik het om die rigting van die magnetiese krag te bepaal nie, kan u die rigting van die dryfstang maklik verander deur die verbindings na die batteryklem te ruil. Weereens kan dit bevestig word met die illustrasie van die regterreël.

Verwyder een van die verbindings van die krokodilleklem van die 12V -batteryklem.

Stap 5: Skiet die Railgun af

Plaas die draad wat aangedryf moet word aan die een kant van die spoor ongeveer 'n kwart bo die eerste stapel magnete. Koppel die krokodilleklem weer aan die 12V -batteryklem en die draad skiet.

… Dit sal nie indrukwekkend afvuur nie, aangesien u kan sien dat die draad slegs na die volgende magneet aangedryf word en dat dit geen krag tussen die magnete sal aandryf nie. Maar..

- - - - - - - - - - - - - Verbetering van die Railgun - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Stap 6: Die opwekking van die magnetiese veld

Met 'n stewige meterstok van nie-geleidende materiaal (hout, plastiek), plak die stapel magnete met 'n supergom op een van sy kante vas en draai dit vas met elektriese band. Wag totdat dit droog word. Met die magnete in dieselfde rigting as die oorspronklike ontwerp, herhaal met 'n ander stapel magnete reg langs die eerste stapel. Dit kan 'n bietjie moeilik wees, aangesien die magnete teenoor mekaar staan. Kry iemand sterk om dit te doen.

Wag weer totdat dit droog is en herhaal totdat die magnete -reeks die lengte van die relings bereik. Plaas die meterstok onder en tussen die 2 relings met die magnete aan die teenoorgestelde kant. Dit veroorsaak 'n magneetveld oor die hele lengte van die relings sodat die draad verder vorentoe kan beweeg.

Stap 7: Die opstel van die projektiel

Plaas die ferriet kraal op 'n plat oppervlak en vul die helfte van die kraal met silikoon seëlaar en wag totdat dit droog is. Plak die punte van die draad wat in die middel van die silikoon aangedryf word, vas en plak dit met supergom vas. Maak seker dat die draad lank genoeg is om kontak met die relings te hou. Dit hou die projektiel op die spoorweg met minder wrywing in vergelyking met die oorspronklike karton.

OPMERKING: Miskien moet u 'n groter ferrietkorrel gebruik om die gewig van die projektiel te verhoog as dit uiteindelik wegvlieg wanneer dit afgevuur word.

Stap 8: Die opstel van die kondensators

Die gekose kapasitors kan as 'n groter battery beskou word. Die batterykondensator hou 'n laai wat baie vinnig val, in vergelyking met normale batterye wat gereeld gebruik word (AA, AAA, ens.). Hierdie ontladingsnelheid hang af van die tydkonstante; hoe groter die tydkonstante, hoe langer sal die kapasitor sy lading hou.

Die formule vir die tydkonstante is: [T] = R * C

[T] = tydskonstante

R = weerstand

C = kapasitansie (van die kapasitor)

Aangesien die weerstand van koper nie drasties kan verander nie, kan ons die kapasitansie van die kapasitors verhoog deur die parallel aan die 26 AWG -draad te koppel om die tydkonstante te verhoog sodat die lading langer gehou kan word. Die strook langs die gekose kapasitor toon 'n negatiewe teken (-), wat beteken dat die pos die naaste daaraan die negatiewe pos is. Verbind hulle parallel deur die negatiewe pos van een kapasitor aan die negatiewe post van die volgende te koppel. Herhaal met die positiewe pos. Dit sal gelykstaande wees aan die gebruik van 1 'battery' as 'n kragbron, en die kapasitansie is die som van die aantal kondensators wat u wil aansluit.

LET WEL: 3 kapasitors is moontlik nie genoeg om die lading te hou nie; u kan meer na u smaak voeg.

Stap 9: Laai die kondensators (1)

Die kondensators wat ek gekies het, kan 'n maksimum van 450 volt hou. Om hierdie kondensators te laai, pas ons 450 volt daarop toe met behulp van die krag wat uit die muurprop kom.

BELANGRIK: kyk na die spanning wat deur u land verskaf word. Dit sal 120 of 220 volt AC wees. In Kanada is dit 120 volt, wat beteken dat ons dit ongeveer met 4 moet vermenigvuldig om 450 volt te bereik.

Koppel die ente van die netsnoer met 2 krokodilleklemme aan een transformator op 0 en 120. Koppel die ente van die clips aan die ander kant van die transformator met 0 en 220 met nog 2 krokodilleklemme. Hierdie verhouding vermenigvuldig die spanning 1.8 teen die muur.

Verbind die ente van die krokodilleklemme wat van die eerste transformator af kom, met die tweede transformator op 0 en 120. Koppel die punte van die clips aan die ander kant van die transformator by 0 en 220 met nog 2 krokodilleklemme. Dit vermenigvuldig weer die spanning met 1.8 gee 'n totaal van 3.6.

Stap 10: Laai die kondensators (2)

BELANGRIK: moenie aan die punte van die netsnoer raak nie, anders word u geaktiveer. Draai die blootgestelde drade met elektriese band om, sodat u nie daaraan kan raak nie. Raak ook nie die punte van die krokodilleklemme wat aan die transformator gekoppel is nie.

Stap 11: Laai die kondensators (3)

Toets die spanning vanaf die ente van die krokodilleklemme wat aan die ente van die tweede transformator met die multimeter gekoppel is by 'n instelling bo 450V AC (kronkelende lyn langs die V, nie die reguitlyn nie). Die spanning wanneer dit aan die muur gekoppel word, is laer as wat verwag is as gevolg van die weerstand van die drade en alles wat daaraan gekoppel is.

Stap 12: Laai die kondensators (4)

Aangesien die krag wat van die muur af kom, wisselstroom is en die kapasitors met gelykstroom gelaai moet word (dit het 'n positiewe en negatiewe polariteit aan die ente), gebruik ons die bruggelykrigter om die wisselstroom na GS te verander. Verbind die punte van die krokodilleklemme van die tweede transformator met die twee middelste penne van die bruggelykrigter en maak seker dat die krokodilleklemme nie aan die ander penne raak nie.

Stap 13: Laai die kondensators (5)

Die simbool bo die buitenste penne van die brugrigter sal óf + óf -wees. Koppel dit aan die + en - ente van die kapasitors met nog 2 krokodilleklemme.

Stap 14: Laai die kondensators (6)

Steek die netsnoer in die muur en wag ongeveer 30 sekondes totdat die kapasitors heeltemal opgelaai is. Trek die netsnoer uit.

BELANGRIK: moenie aan die twee ente van die kapasitors gelyktydig raak nie, anders kan dit seermaak. Toets of die kapasitors volledig gelaai is met die multimeter by 'n instelling bo 450V DC (reguit lyn langs die V, nie die kronkellyn nie).

Stap 15: Laai die kondensators (7)

OPMERKING: U kan die kapasitors in serie (negatiewe pos na positiewe pos) koppel om die spanning van die geskepte kragbron te verhoog. Gebruik dieselfde aantal kondensators vir elk van die parallel gekoppelde stelle kapasitors (voorbeeld: as 3 kondensators gekies word om parallel in die onderstaande prent gekoppel te word, verbind die reeks met stelle 3 parallel gekoppelde kondensators met 'n totaal van 6 kondensators).

In hierdie voorbeeld word 2 stelle parallel gekoppelde kapasitors in serie gekoppel vir 'n kragbron van 900 volt. Elke stel parallel gekoppelde kapasitors het 'n totale kapasiteit van 940uF.

Stap 16: Die opstel van die Railgun

Plaas die projektiel bo die een kant van die staaf bo 'n gedeelte van die magneet. Koppel die negatiewe kant van die kondensator aan een van die spoorpunte met 'n krokodilklem soos die battery wat voorheen gebruik is. Koppel die een kant van die clip met 'n ander krokodilklem aan die ander spoor en laat die ander kant van die clip vry.

Stap 17: Skiet die Railgun af

Koppel die positiewe kant van die kapasitor aan die vrye punt van die krokodilklem wat aan die ander staaf gekoppel is, en die projektiel skiet.