Ako vyrobiť railgun (veda vysvetlená): 17 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

UPOZORNENIE: Prečítajte si „DÔLEŽITÉ“kroky, aby ste sa v prípade, že sa rozhodnete urobiť vylepšenú verziu železničnej pištole, nezranili ani sa nezranili elektrickým prúdom

Vytvoril: Duncan Yee

Prehľad

Pojem železničná zbraň pozostáva z pohonu vodivého predmetu po 2 vodivých koľajniciach v dôsledku magnetickej sily a elektrickej sily. Smer hnacej sily je spôsobený elektromagnetickými poľami nazývanými Lorentzova sila.

Nabitá častica pohybujúca sa rýchlosťou [V] cez elektrické pole kolmé na magnetické pole [B] zažije silu [F], ako je znázornené na diagrame vpravo. Tento diagram ilustruje smer Lorentzovej sily pomocou pravidla pravej ruky.

V prípade tohto experimentu je pohyb nabitých častíc elektrickým poľom tok elektrického náboja pohybujúceho sa po medenom drôte. Magnetické pole je indukované veľmi silnými neodýmovými magnetmi.

Rovnica je teda krížovým súčinom: [F] = Il X [B]

I - prúd

l - dĺžka drôtu

Časti

Veľké obdĺžnikové neodymové magnety (Leeho PID: 60012)

Medený drôt 12AWD (Leeov PID: 22498)

Batéria 12V (Leeov PID: 81036)

Klipy aligátora (Leeho PID: 690)

Presný nôž (Leeho PID: 5457)

Diagonal Cutter (Lee’s PID: 10383)

Kartón (Leeho odpadkový kôš)

Voliteľné: digitálny kompas (Leeov PID: 98411)

Časti zlepšujúce dizajn

Kondenzátory 450V 470uF (Leeho PID: 8604)

600V 35A mostový usmerňovač (Leeho PID: 71096)

Izolované transformátory s redukciou 60 VA/hore (Leeov PID: 10501)

Napájací kábel (Leeov PID: 2995)

26 AWG prepojovací drôt (Lee’s PID: 224007) alebo viac aligátorových klipov

Elektrická páska (Leeho PID: 10564)

Super Glue (Leeov PID: 4327)

Feritový korálik (Leeho PID: 10812)

Silikónový tmel (Lee’s PID: 16028)

Digitálny multimetr (Leeho PID: 10924)

Krok 1: Odizolovajte medené drôty 12AWD a umiestnite koľajnice

Pomocou noža Exacto odrežte plastový kryt medeného drôtu. Pomocou diagonálnej frézy odstrihnite dva pásy drôtov dlhé 2 stopy. Odrežte ešte jeden pás drôtu o dĺžke 2 palce, ktorý bude použitý ako hnací predmet. Vyberá sa meď, pretože je dobrým vodičom elektriny.

Z kartónu vystrihnite 2 malé kruhy a do stredu kruhu urobte dieru. Pripevnite ho na konce 2 -palcového drôtu, aby bol pri vypaľovaní na dráhe tyčí.

Keď ich prinesiete domov, snažte sa neohýbať drôty, aby ste ich mohli narovnať ako „koľajnice“. Propagujte ich niečím, čo nevedie elektrický prúd, aby neskratovali. Použil som 2 pravítka, ale môžete použiť kartón, ktorý sa nachádza v Leeho koši. Pripnite svorku aligátora a ponechajte druhý koniec voľný na každom konci koľajničiek.

Krok 2: Indukcia magnetického poľa (1)

S výškou pravítok, ktoré som použil, sa mi pod koľajnice zmestí 5 obdĺžnikových neodýmových magnetov. Čím viac magnetov naukladáte, tým je magnetická sila silnejšia. Uistite sa, že sa magnety nedotýkajú medených drôtov, pretože v opačnom prípade dôjde k skratu koľajníc.

Pretože neodymové magnety pozostávajú zo severného pólu na jednej strane a južného pólu na druhej strane, skladajte líca hore.

Počas tohto experimentu držte magnety v rovnakom smere. Odstráňte stoh magnetov do požadovanej výšky a umiestnite ich pod a medzi dve koľajnice. Umiestnite ďalší stoh čo najbližšie k koľajniciam. Magnetická sila medzi týmito zväzkami magnetov bude proti sebe. Držal som ich na mieste s dvoma vládcami.

Krok 3: Indukcia magnetického poľa (2)

V tomto mieste nevieme, či je magnetická sila smerovaná nahor alebo nadol. Tiež to nevadí. Smer však môžete určiť pomocou kompasu. Severný pól kompasu bude smerovať k južnému pólu magnetu. To vám tiež povie smer magnetickej sily.

DÔLEŽITÉ: manipulovať s týmito magnetmi je skutočne ťažké a ak do seba narazia, ľahko sa rozbijú a zlomia.

Krok 4: Indukcia toku elektrického náboja

Umiestnite narovnaný 2 palcový medený drôt pozdĺž koľajníc nad jeden zo stohu magnetov. To vytvorí skrat na koľajniciach, ale tu chceme, aby prúdili elektrické náboje.

Pripojte voľné konce svoriek aligátora, jeden k zápornému koncu svorky batérie 12V a jeden k kladnému koncu. 2 palcová tyč sa teraz bude pohybovať. Smer pohybu je možné určiť pomocou vyššie opísaných síl pomocou pravidla pravej ruky. Ak ste na určenie smeru magnetickej sily nepoužili kompas, môžete ľahko zmeniť smer hnacej tyče prehodením spojov k pólu batérie. Opäť to možno potvrdiť ilustráciou pravidla pravej ruky.

Odstráňte jedno z pripojení krokodílovej svorky z pólu batérie 12 V.

Krok 5: Streľba z railgunu

Drôt, ktorý má byť poháňaný, umiestnite na jeden koniec koľajnice asi 1 štvrtinu nad prvý stoh magnetov. Znovu zapojte svorku aligátora do svorky batérie 12V a vodič vystrelí.

… Nebude to pôsobivo strieľať, pretože vidíte, že drôt bude poháňaný iba k ďalšiemu magnetu a nebude ho poháňať žiadna sila medzi magnetmi. Ale..

- - - - - - - - - - - - - - - - - Vylepšenie železničnej zbrane - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Krok 6: Indukcia magnetického poľa

Pomocou robustnej meracej tyčinky vyrobenej z nevodivého materiálu (drevo, plast) prilepte stoh magnetov na jednu z jeho strán super lepidlom a zabaľte ho na miesto elektrickou páskou. Počkajte, kým vyschne. Keď sú magnety otočené rovnakým smerom ako pôvodný dizajn, zopakujte to s ďalším stohom magnetov hneď vedľa prvého zväzku. To môže byť trochu ťažké, pretože magnety budú proti sebe. Nechajte niekoho silného, aby to urobil.

Opäť počkajte, kým uschne a opakujte, kým rada magnetov nedosiahne dĺžku koľajníc. Umiestnite tyč metra pod a medzi 2 koľajnice s magnetmi na opačnej strane. To vyvolá magnetické pole po celej dĺžke koľajníc, čo umožní drôtu pokračovať v pohybe dopredu.

Krok 7: Nastavenie strely

Feritovú perličku položte na rovný povrch a polovicu perly naplňte silikónovým tmelom a počkajte, kým nevyschne. Konce drôtu, ktoré sú poháňané, prilepte do stredu silikónu a prilepte na miesto super lepidlom. Zaistite, aby bol drôt dostatočne dlhý, aby udržal kontakt s koľajnicami. To udrží projektil na dráhe koľajníc s menším trením v porovnaní s pôvodne používanou lepenkou.

POZNÁMKA: Na zvýšenie hmotnosti projektilu možno budete musieť použiť väčšiu feritovú guľôčku, ak po odpálení skončí odletom.

Krok 8: Nastavenie kondenzátorov

Zvolené kondenzátory je možné považovať za väčšiu batériu. Batériový kondenzátor pojme veľmi rýchlo vybitý akumulátor v porovnaní s bežne používanými batériami (AA, AAA atď.). Táto rýchlosť vybíjania závisí od časovej konštanty; čím väčšia je časová konštanta, tým dlhšie kondenzátor udrží svoj náboj.

Vzorec pre časovú konštantu je: [T] = R * C

[T] = časová konštanta

R = odpor

C = kapacita (kondenzátora)

Pretože odpor medi sa nemôže drasticky zmeniť, aby sa predĺžila časová konštanta, ktorá umožňuje dlhšie udržanie náboja, môžeme zvýšiť kapacitu kondenzátorov ich paralelným zapojením s vodičom 26 AWG. Pruh pozdĺž zvoleného kondenzátora ukazuje záporné znamienko (-), čo znamená, že najbližší stĺpik je záporný pól. Pripojte ich paralelne pripojením záporného pólu jedného kondenzátora k zápornému pólu ďalšieho. Opakujte s pozitívnym príspevkom. To bude ekvivalentné použitiu 1 „batérie“ako zdroja energie, pričom kapacita je súčtom počtu kondenzátorov, ktoré sa rozhodnete pripojiť.

POZNÁMKA: 3 kondenzátory nemusia stačiť na udržanie nabitia, ale môžete pridať ďalšie podľa svojho vkusu.

Krok 9: Nabíjanie kondenzátorov (1)

Vybraté kondenzátory môžu mať maximálne 450 voltov. Na nabíjanie týchto kondenzátorov na ne aplikujeme 450 voltov pomocou energie dodávanej zo zásuvky v stene.

DÔLEŽITÉ: skontrolujte napätie dodávané vo vašej krajine. Bude to buď 120 alebo 220 voltov AC. V Kanade je to 120 voltov, čo znamená, že to musíme vynásobiť zhruba 4, aby sme dosiahli 450 voltov.

Pomocou 2 aligátorových svoriek spojte konce napájacieho kábla k jednému transformátoru na 0 a 120. Pomocou ďalších 2 aligátorových svoriek spojte konce klipov na druhý koniec transformátora na 0 a 220. Tento pomer znásobí napätie od steny o 1,8.

Pripojte konce krokodílových svoriek pochádzajúcich z prvého transformátora k druhému transformátoru na 0 a 120. Pomocou ďalších 2 aligátorových svoriek spojte konce klipov na druhý koniec transformátora na 0 a 220. Tým sa opäť znásobí napätie o 1,8, čo dáva dohromady 3,6.

Krok 10: Nabíjanie kondenzátorov (2)

DÔLEŽITÉ: nedotýkajte sa koncov napájacieho kábla, inak dôjde k zasiahnutiu elektrickým prúdom. Odkryté vodiče zabaľte elektrickou páskou, aby ste sa ich nemohli dotknúť. Nedotýkajte sa ani koncov svoriek aligátora pripojených k transformátoru.

Krok 11: Nabíjanie kondenzátorov (3)

Otestujte napätie na koncoch svoriek aligátora pripojených k koncom druhého transformátora pomocou multimetra pri nastavení nad 450 V AC (zvlnená čiara vedľa V, nie priamka). Napätie pri zapojení do steny bude nižšie, ako sa očakávalo, kvôli odporu vodičov a všetkého pripojeného.

Krok 12: Nabíjanie kondenzátorov (4)

Pretože výkon prichádzajúci zo steny je striedavý prúd a kondenzátory je potrebné nabíjať jednosmerným prúdom (na koncoch má kladnú aj zápornú polaritu), na zmenu striedavého výkonu na jednosmerný prúd používame mostíkový usmerňovač. Pripojte konce svoriek aligátora z druhého transformátora k 2 stredným kolíkom mostíkového usmerňovača a uistite sa, že sa svorky aligátora nedotýkajú žiadnych ostatných kolíkov.

Krok 13: Nabíjanie kondenzátorov (5)

Symbol nad vonkajšími kolíkmi mostíkového usmerňovača bude buď + alebo -. Pripojte ich k + a - koncom kondenzátorov pomocou ďalších 2 svoriek aligátora.

Krok 14: Nabíjanie kondenzátorov (6)

Pripojte napájací kábel k stene a počkajte približne 30 sekúnd, kým sa kondenzátory úplne nenabijú. Odpojte napájací kábel.

DÔLEŽITÉ: nedotýkajte sa oboch koncov kondenzátorov súčasne, inak to môže bolieť. Otestujte, či sú kondenzátory úplne nabité, pomocou multimetra pri nastavení nad 450 V DC (rovná čiara vedľa V, nie zvlnená čiara).

Krok 15: Nabíjanie kondenzátorov (7)

POZNÁMKA: Kondenzátory môžete zapojiť do série (záporný pól k kladnému pólu), aby ste zvýšili napätie vytvoreného zdroja energie. Pre každú paralelne zapojenú sadu kondenzátorov použite rovnaký počet kondenzátorov (príklad: ak sú na obrázku nižšie zvolené paralelné zapojenie 3 kondenzátorov, spojte sériu so sadami 3 paralelne zapojených kondenzátorov s celkovým počtom 6 kondenzátorov).

V tomto prípade sú 2 sady paralelne zapojených kondenzátorov zapojené do série pre zdroj energie 900 voltov. Každá sada paralelne zapojených kondenzátorov bude mať celkovú kapacitu 940 uF.

Krok 16: Nastavenie Railgunu

Nastavte strelu nad jeden koniec tyče nad časť magnetu. Pripojte záporný koniec kondenzátora k jednému z koncov koľajničiek pomocou aligátorovej spony, ako bola predtým použitá batéria. Pomocou ďalšej aligátorovej spony pripojte jeden koniec spony k druhej koľajnici a druhý koniec spony ponechajte voľný.

Krok 17: Streľba z railgunu

Pripojte kladný koniec kondenzátora k voľnému koncu svorky aligátora, ktorý je pripojený k druhej tyči, a strela vystrelí.