Cara Membuat Railgun (dijelaskan sains): 17 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:11

PERINGATAN: Baca langkah "PENTING" supaya anda tidak menyakiti diri sendiri atau tersengat elektrik jika anda memutuskan untuk membuat versi railgun yang lebih baik

Dicipta oleh: Duncan Yee

Gambaran keseluruhan

Konsep railgun terdiri daripada mendorong objek pengalir di sepanjang 2 rel pengalir kerana daya magnet dan daya elektrik. Arah daya pendorong disebabkan oleh medan elektromagnetik yang disebut gaya Lorentz.

Zarah bermuatan yang bergerak dengan halaju [V], melalui medan elektrik yang berserenjang dengan medan magnet [B], akan mengalami daya [F], seperti yang digambarkan dalam rajah di sebelah kanan. Gambar rajah ini menggambarkan arah daya Lorentz dengan penggunaan peraturan sebelah kanan.

Dalam kes eksperimen ini, pergerakan zarah bermuatan melalui medan elektrik adalah aliran cas elektrik yang bergerak melintasi wayar tembaga. Medan magnet disebabkan oleh magnet neodymium yang sangat kuat.

Oleh itu, persamaan adalah produk silang: [F] = Il X [B]

Saya - semasa

l - panjang wayar

Bahagian

Magnet Neodymium Persegi Panjang Besar (Lee's PID: 60012)

Kawat tembaga 12AWD (Lee's PID: 22498)

Bateri 12V (Lee's PID: 81036)

Klip Buaya (Lee's PID: 690)

Pisau Exacto (Lee's PID: 5457)

Pemotong Diagonal (Lee's PID: 10383)

Kadbod (tong kitar semula Lee)

Pilihan: Kompas Digital (Lee's PID: 98411)

Bahagian Memperbaiki Reka Bentuk

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

600V 35A Bridge Rectifier (Lee's PID: 71096)

60VA Step Down / Up Isolated Transformers (Lee's PID: 10501)

Kabel Kuasa (Lee's PID: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Lee's PID: 224007) atau lebih Klip Buaya

Pita elektrik (Lee's PID: 10564)

Super Glue (Lee's PID: 4327)

Ferrite Bead (Lee's PID: 10812)

Silicone Sealant (Lee's PID: 16028)

Multimeter Digital (Lee's PID: 10924)

Langkah 1: Melucutkan Wayar Tembaga 12AWD dan Memasang Rel

Dengan menggunakan pisau tepat, potong penutup plastik dawai tembaga. Potong dua jalur wayar dengan panjang 2 kaki dengan pemotong pepenjuru. Potong satu lagi jalur dawai dengan panjang 2 inci yang akan digunakan sebagai objek pendorong. Tembaga dipilih kerana ia merupakan pengalir elektrik yang baik.

Potong 2 bulatan kecil dari kadbod dan masukkan lubang ke tengah bulatan. Pasang ini ke hujung wayar 2 inci untuk tetap berada di jalan batang semasa sedang dipecat.

Cuba jangan membengkokkan wayar semasa membawanya pulang sehingga anda dapat meluruskannya sebagai ‘rel’. Sokong mereka dengan sesuatu yang tidak mengalirkan elektrik sehingga mereka tidak kekurangan. Saya menggunakan 2 pembaris, tetapi anda boleh menggunakan kadbod yang terdapat di tong kitar semula Lee. Klip klip buaya membiarkan hujung yang lain bebas di setiap hujung rel.

Langkah 2: Mendorong Medan Magnetik (1)

Dengan ketinggian pembaris yang telah saya gunakan, saya dapat memasang 5 magnet neodymium segi empat tepat di bawah rel. Semakin banyak magnet yang anda tumpukan, semakin kuat daya magnetnya. Pastikan magnet tidak menyentuh wayar tembaga kerana ini sekali lagi, pendekkan rel.

Oleh kerana magnet neodymium terdiri dari kutub utara di satu sisi dan kutub selatan di sisi lain, susun muka ke atas.

Pastikan magnet menghadap ke arah yang sama sepanjang eksperimen ini. Tanggalkan timbunan magnet ke ketinggian yang diingini dan letakkan di bawah dan di antara dua rel. Letakkan timbunan lain sedekat mungkin di sepanjang rel. Daya magnet antara timbunan magnet ini akan saling bertentangan. Saya memegangnya dengan dua penguasa.

Langkah 3: Mendorong Medan Magnetik (2)

Pada ketika ini, kita tidak tahu sama ada daya magnet diarahkan ke atas atau ke bawah. Ia juga tidak penting. Walau bagaimanapun, anda dapat menentukan arah dengan kompas. Tiang utara kompas akan diarahkan pada kutub selatan magnet. Ini juga akan memberitahu anda arah daya magnet.

PENTING: Sangat sukar untuk mengendalikan magnet ini dan jika mereka saling menghancurkan, mereka akan mudah pecah dan pecah.

Langkah 4: Mendorong Aliran Cas Elektrik

Letakkan dawai tembaga 2 inci yang diluruskan di sepanjang rel di atas salah satu timbunan magnet. Ini akan menyebabkan jalan pintas di landasan kereta api, tetapi di sinilah kita mahu cas elektrik mengalir.

Sambungkan hujung bebas klip buaya, satu ke hujung negatif terminal bateri 12V dan satu ke hujung positif. Batang 2 inci sekarang akan bergerak. Arah pergerakan dapat ditentukan oleh daya yang dijelaskan di atas menggunakan aturan tangan kanan. Sekiranya anda tidak menggunakan kompas untuk menentukan arah daya magnet, anda boleh menukar arah rod pendorong dengan mudah dengan menukar sambungan ke terminal bateri. Sekali lagi, ini dapat disahkan dengan gambaran peraturan sebelah kanan.

Tanggalkan salah satu sambungan klip buaya dari terminal bateri 12V.

Langkah 5: Menembak Railgun

Letakkan wayar untuk didorong di salah satu hujung rel kira-kira 1 suku di atas timbunan magnet pertama. Sambungkan semula klip buaya ke terminal bateri 12V dan wayar akan menembak.

… Ini tidak akan menyala dengan berkesan kerana anda dapat melihat bahawa wayar hanya akan didorong ke magnet seterusnya dan tidak akan ada daya yang mendorongnya di antara magnet. Tetapi..

- - - - - - - - - - - - - Memperbaiki Railgun - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Langkah 6: Mendorong Medan Magnetik

Dengan menggunakan tongkat meter yang kukuh yang terbuat dari bahan bukan pengalir (kayu, plastik), tempelkan timbunan magnet ke salah satu sisinya dengan gam super dan balutkan di tempatnya dengan pita elektrik. Tunggu hingga kering. Dengan magnet menghadap ke arah yang sama dengan reka bentuk asal, ulangi dengan satu lagi magnet tepat di sebelah timbunan pertama. Ini mungkin sedikit sukar kerana magnet akan saling bertentangan. Dapatkan seseorang yang kuat untuk melakukan ini.

Sekali lagi, tunggu sehingga kering dan ulangi sehingga deretan magnet mencapai panjang rel. Letakkan batang meter di bawah dan di antara 2 rel dengan magnet di seberang. Ini akan mendorong medan magnet di sepanjang panjang rel yang membolehkan wayar terus didorong ke hadapan.

Langkah 7: Menyiapkan Proyektil

Letakkan manik ferit pada permukaan rata dan isi separuh manik dengan sealant silikon dan tunggu sehingga kering. Pasangkan hujung wayar yang didorong ke tengah silikon dan lekatkan di tempatnya dengan gam super. Pastikan wayar cukup panjang untuk menjaga hubungannya dengan rel. Ini akan menjadikan projektil berada di landasan rel dengan geseran yang lebih sedikit berbanding dengan papan tulis yang digunakan pada asalnya.

CATATAN: Anda mungkin perlu menggunakan manik ferit yang lebih besar untuk meningkatkan berat proyektil jika akhirnya terbang ketika ditembakkan.

Langkah 8: Menetapkan Kapasitor

Kapasitor yang dipilih boleh dianggap sebagai bateri yang lebih besar. Kapasitor seperti bateri menahan cas yang dijatuhkan dengan sangat cepat berbanding bateri biasa yang biasa digunakan (AA, AAA, dll.). Kadar pelepasan ini bergantung pada pemalar masa; semakin besar pemalar masa, semakin lama kapasitor akan menahan casnya.

Rumus untuk pemalar masa adalah: [T] = R * C

[T] = pemalar masa

R = rintangan

C = kapasitansi (kapasitor)

Oleh kerana rintangan tembaga tidak dapat berubah secara drastik, untuk meningkatkan pemalar masa yang membolehkan pengecasan ditahan lebih lama, kita dapat meningkatkan kapasitansi kapasitor dengan menghubungkannya selari dengan wayar 26 AWG. Jalur di sepanjang kapasitor yang dipilih menunjukkan tanda negatif (-) yang bermaksud pos yang paling dekat dengannya adalah pos negatif. Sambungkannya secara selari dengan menyambungkan pos negatif satu kapasitor ke pos negatif yang berikutnya. Ulangi dengan catatan positif. Ini sama dengan menggunakan 1 ‘bateri’ sebagai sumber kuasa dengan kapasitansnya adalah jumlah bilangan kapasitor yang anda pilih untuk dihubungkan.

CATATAN: 3 kapasitor mungkin tidak mencukupi untuk menahan cas, anda boleh menambah lebih banyak keinginan anda.

Langkah 9: Mengisi Kapasitor (1)

Kapasitor yang saya pilih boleh menahan maksimum 450 volt. Untuk mengecas kapasitor ini, kami menggunakan 450 volt pada mereka menggunakan kuasa yang dibekalkan dari soket dinding.

PENTING: periksa voltan yang dibekalkan oleh negara anda. Ia akan menjadi AC 120 atau 220 volt. Di Kanada ia adalah 120 volt yang bermaksud kita mesti mengalikannya kira-kira 4 hingga mencapai 450 volt.

Dengan menggunakan 2 klip buaya, sambungkan hujung kabel kuasa ke satu pengubah pada 0 dan 120. Dengan menggunakan 2 lagi klip buaya, sambungkan hujung klip ke hujung pengubah yang lain pada 0 dan 220. Nisbah ini akan menggandakan voltan dari dinding sebanyak 1.8.

Sambungkan hujung klip buaya yang berasal dari transformer pertama ke transformer kedua pada 0 dan 120. Dengan menggunakan 2 lagi klip buaya, sambungkan hujung klip ke hujung pengubah lain pada 0 dan 220. Ini sekali lagi akan melipatgandakan voltan dengan 1.8 memberikan jumlah 3.6.

Langkah 10: Mengisi Kapasitor (2)

PENTING: jangan sentuh hujung kabel kuasa atau anda akan tersengat elektrik. Balut wayar yang terdedah menggunakan pita elektrik supaya anda tidak dapat menyentuhnya. Jangan menyentuh hujung klip buaya yang disambungkan ke pengubah.

Langkah 11: Mengisi Kapasitor (3)

Uji voltan dari hujung klip buaya yang dihubungkan ke hujung pengubah kedua dengan multimeter pada tetapan di atas 450V AC (garis berlekuk di sebelah V, bukan garis lurus). Voltan semasa dipasang ke dinding akan lebih rendah daripada yang dijangkakan kerana rintangan wayar dan semua yang bersambung.

Langkah 12: Mengisi Kapasitor (4)

Oleh kerana daya yang datang dari dinding adalah AC dan kapasitor perlu diisi dengan daya DC (ia mempunyai polaritas positif dan negatif di hujungnya), kami menggunakan penyearah jambatan untuk mengubah daya AC ke DC. Sambungkan hujung klip buaya dari transformer kedua ke 2 pin tengah penyearah jambatan memastikan klip buaya tidak menyentuh pin lain.

Langkah 13: Mengisi Kapasitor (5)

Simbol di atas pin luar penyearah jambatan adalah sama ada + atau -. Sambungkan ini ke hujung + dan - kapasitor menggunakan 2 lagi klip buaya.

Langkah 14: Mengisi Kapasitor (6)

Pasangkan kabel kuasa ke dinding dan tunggu 30 saat atau lebih sehingga kapasitor dapat dicas sepenuhnya. Cabut kabel kuasa.

PENTING: jangan sentuh dua hujung kapasitor pada masa yang sama jika tidak, ia mungkin menyakitkan. Uji sama ada kapasitor diisi penuh menggunakan multimeter pada tetapan di atas 450V DC (garis lurus di sebelah V, bukan garis licin).

Langkah 15: Mengecas Kapasitor (7)

CATATAN: Anda boleh menyambungkan kapasitor secara bersiri (pos negatif ke pos positif) untuk meningkatkan voltan sumber kuasa yang dibuat. Gunakan bilangan kapasitor yang sama untuk setiap set kapasitor bersambung selari (contoh: jika 3 kapasitor dipilih untuk disambungkan secara selari dalam gambar di bawah, sambungkan siri ini dengan set 3 kapasitor bersambung selari dengan jumlah 6 kapasitor).

Dalam contoh ini, 2 set kapasitor bersambung selari disambungkan secara bersiri untuk sumber kuasa 900 volt. Setiap set kapasitor bersambung selari akan mempunyai kapasitansi total 940uF.

Langkah 16: Menyiapkan Railgun

Pasang peluru di atas satu hujung batang di atas bahagian magnet. Sambungkan hujung negatif kapasitor ke salah satu hujung rel dengan klip buaya seperti bateri yang sebelumnya digunakan. Dengan menggunakan klip buaya lain, sambungkan satu hujung klip ke rel yang lain sehingga hujung klip yang lain bebas.

Langkah 17: Menembak Railgun

Sambungkan hujung positif kapasitor ke hujung bebas klip buaya yang disambungkan ke rod lain dan projektil akan menembak.