Jak zrobić Railgun (poradnik naukowy): 17 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

UWAGA: Przeczytaj "WAŻNE" kroki, aby nie zrobić sobie krzywdy ani nie zostać porażonym prądem, jeśli zdecydujesz się na ulepszoną wersję Railguna

Utworzony przez: Duncan Yee

Przegląd

Koncepcja działka szynowego polega na napędzaniu obiektu przewodzącego wzdłuż 2 szyn przewodzących dzięki sile magnetycznej i sile elektrycznej. Kierunek siły napędowej wynika z pól elektromagnetycznych nazywanych siłą Lorentza.

Naładowana cząstka poruszająca się z prędkością [V], przez pole elektryczne prostopadłe do pola magnetycznego [B], doświadczy siły [F], jak pokazano na diagramie po prawej stronie. Ten diagram ilustruje kierunek siły Lorentza za pomocą reguły prawej ręki.

W przypadku tego eksperymentu ruch naładowanych cząstek w polu elektrycznym jest przepływem ładunku elektrycznego poruszającego się po miedzianym przewodzie. Pole magnetyczne indukowane jest bardzo silnymi magnesami neodymowymi.

Równanie jest więc iloczynem krzyżowym: [F] = Il X [B]

ja – prąd

l – długość przewodu

Części

Duże prostokątne magnesy neodymowe (PID Lee: 60012)

Przewód miedziany 12AWD (Lee PID: 22498)

Bateria 12V (Lee PID: 81036)

Zaciski krokodylkowe (PID Lee: 690)

Nóż Exacto (PID Lee: 5457)

Przecinak diagonalny (PID Lee: 10383)

Tektura (kosz do recyklingu Lee)

Opcjonalnie: cyfrowy kompas (Lee PID: 98411)

Części ulepszające projekt

Kondensatory 450V 470uF (Lee PID: 8604)

Prostownik mostkowy 600V 35A (Lee PID: 71096)

Izolowane transformatory obniżające/zwiększające napięcie 60 VA (PID Lee: 10501)

Przewód zasilający (PID Lee: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Lee PID: 224007) lub więcej zacisków krokodylkowych

Taśma elektryczna (PID Lee: 10564)

Super Glue (PID Lee: 4327)

Ferrytowy koralik (PID Lee: 10812)

Uszczelniacz silikonowy (PID Lee: 16028)

Multimetr cyfrowy (Lee PID: 10924)

Krok 1: Zdejmowanie izolacji z przewodów miedzianych 12AWD i umieszczanie szyn

Za pomocą noża dokładnego odetnij plastikową osłonę miedzianego drutu. Przetnij dwa paski drutów o długości 2 stóp za pomocą przecinaka ukośnego. Wytnij jeszcze jeden pasek drutu o długości 2 cali, który będzie używany jako obiekt napędzający. Wybrano miedź, ponieważ jest dobrym przewodnikiem elektryczności.

Wytnij 2 małe kółka z tektury i wbij otwór w środku kółka. Przymocuj go do końców 2-calowego drutu, aby utrzymać go na ścieżce prętów podczas wypalania.

Staraj się nie zginać przewodów, gdy przyniesiesz je do domu, aby móc je wyprostować jako „szyny”. Podeprzyj je czymś, co nie przewodzi prądu, aby się nie zwarły. Użyłem 2 linijek, ale możesz użyć kartonu znalezionego w śmietniku Lee. Przypnij zacisk krokodylkowy, pozostawiając drugi koniec wolny na każdym końcu szyn.

Krok 2: Indukcja pola magnetycznego (1)

Przy wysokości zastosowanych linijek mogę zmieścić pod szynami 5 prostokątnych magnesów neodymowych. Im więcej magnesów ułożyłeś, tym silniejsza siła magnetyczna. Upewnij się, że magnesy nie dotykają przewodów miedzianych, ponieważ spowoduje to ponowne zwarcie szyn.

Ponieważ magnesy neodymowe składają się z bieguna północnego z jednej strony i bieguna południowego z drugiej strony, ułóż je w stos.

Trzymaj magnesy zwrócone w tym samym kierunku przez cały ten eksperyment. Usuń stos magnesów na żądaną wysokość i umieść je pod i między dwiema szynami. Umieść kolejny stos jak najbliżej szyn. Siła magnetyczna między tymi stosami magnesów będzie się przeciwstawiać. Trzymałem je na miejscu z dwoma władcami.

Krok 3: Indukowanie pola magnetycznego (2)

W tym momencie nie wiemy, czy siła magnetyczna jest skierowana w górę czy w dół. To też nie ma znaczenia. Możesz jednak określić kierunek za pomocą kompasu. Północny biegun kompasu zostanie skierowany na południowy biegun magnesu. To również powie ci kierunek siły magnetycznej.

WAŻNE: bardzo trudno jest obsługiwać te magnesy i jeśli zderzą się ze sobą, łatwo pękną i pękną.

Krok 4: Indukowanie przepływu ładunku elektrycznego

Umieść wyprostowany 2-calowy drut miedziany wzdłuż szyn nad jednym ze stosów magnesów. Spowoduje to zwarcie na szynach, ale w tym miejscu chcemy, aby płynęły ładunki elektryczne.

Podłącz wolne końce zacisków krokodylkowych, jeden do ujemnego końca zacisku akumulatora 12 V, a drugi do dodatniego końca. Pręt 2 cale teraz się poruszy. Kierunek ruchu można określić siłami opisanymi powyżej, stosując regułę prawej ręki. Jeśli nie użyłeś kompasu do określenia kierunku siły magnetycznej, możesz łatwo zmienić kierunek drążka napędowego, zamieniając połączenia z zaciskiem akumulatora. Ponownie można to potwierdzić ilustracją reguły prawej ręki.

Usuń jedno ze połączeń zacisku krokodylkowego z zacisku akumulatora 12 V.

Krok 5: Strzelanie z Railguna

Umieść drut, który ma być napędzany, na jednym końcu szyny około 1 czwartą nad pierwszym stosem magnesów. Podłącz zacisk krokodylkowy do zacisku akumulatora 12 V, a przewód wystrzeli.

… To nie wystrzeli imponująco, ponieważ widać, że drut będzie napędzany tylko do następnego magnesu i nie będzie miał siły napędzającej go między magnesami. Ale..

- - - - - - - - - - - - - Ulepszanie Railguna - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Krok 6: Indukcja pola magnetycznego

Używając solidnego miernika wykonanego z materiału nieprzewodzącego (drewno, plastik), przyklej stos magnesów na jednym z jego boków superklejem i owiń go taśmą izolacyjną. Poczekaj, aż wyschnie. Z magnesami skierowanymi w tym samym kierunku, co oryginalny projekt, powtórz z kolejnym stosem magnesów tuż obok pierwszego stosu. Może to być trochę trudne, ponieważ magnesy będą się przeciwstawiać. Niech to zrobi ktoś silny.

Ponownie poczekaj, aż wyschnie i powtarzaj, aż rząd magnesów osiągnie długość szyn. Umieść miernik pod i pomiędzy 2 szynami z magnesami po przeciwnej stronie. Spowoduje to indukowanie pola magnetycznego na całej długości szyn, umożliwiając dalsze popychanie drutu do przodu.

Krok 7: Konfiguracja pocisku

Umieść koralik ferrytowy na płaskiej powierzchni i wypełnij połowę koralika silikonem i poczekaj, aż wyschnie. Przyklej końce napędzanego drutu do środka silikonu i przyklej go superklejem. Upewnij się, że drut jest wystarczająco długi, aby utrzymać kontakt z szynami. Pozwoli to utrzymać pocisk na ścieżce szyn z mniejszym tarciem w porównaniu z oryginalnie użytym kartonem.

UWAGA: Być może będziesz musiał użyć większego koralika ferrytowego, aby zwiększyć wagę pocisku, jeśli wyleci on po wystrzeleniu.

Krok 8: Konfiguracja kondensatorów

Wybrane kondensatory można traktować jako większą baterię. Kondensator podobny do baterii utrzymuje ładunek, który spada bardzo szybko w porównaniu do zwykłych baterii, które są powszechnie używane (AA, AAA itp.). Ta szybkość rozładowania zależy od stałej czasowej; im większa stała czasowa, tym dłużej kondensator utrzyma ładunek.

Wzór na stałą czasową to: [T] = R * C

[T] = stała czasowa

R = rezystancja

C = pojemność (kondensatora)

Ponieważ rezystancja miedzi nie może się drastycznie zmienić, aby zwiększyć stałą czasową pozwalającą na dłuższe utrzymywanie ładunku, możemy zwiększyć pojemność kondensatorów, łącząc je równolegle z przewodem 26 AWG. Pasek wzdłuż wybranego kondensatora pokazuje znak ujemny (-), co oznacza, że słupek najbliżej niego jest słupkiem ujemnym. Połącz je równolegle, łącząc ujemny słupek jednego kondensatora z ujemnym słupkiem następnego. Powtórz z pozytywnym postem. Będzie to równoważne użyciu 1 „baterii” jako źródła zasilania, a pojemność jest sumą liczby kondensatorów, które wybierzesz do podłączenia.

UWAGA: 3 kondensatory mogą nie wystarczyć do utrzymania ładunku, możesz dodać więcej do swoich upodobań.

Krok 9: Ładowanie kondensatorów (1)

Wybrane przeze mnie kondensatory mogą wytrzymać maksymalnie 450 woltów. Aby naładować te kondensatory, przykładamy do nich 450 woltów, korzystając z zasilania z gniazdka ściennego.

WAŻNE: sprawdź napięcie dostarczane w Twoim kraju. Będzie to 120 lub 220 woltów prądu przemiennego. W Kanadzie jest to 120 woltów, co oznacza, że musimy pomnożyć to z grubsza przez 4, aby osiągnąć 450 woltów.

Za pomocą 2 zacisków krokodylkowych podłącz końce przewodu zasilającego do jednego transformatora przy 0 i 120. Za pomocą 2 kolejnych zacisków połącz końce zacisków z drugim końcem transformatora przy 0 i 220. Stosunek ten zwielokrotni napięcie od ściany o 1,8.

Połącz końce zacisków krokodylkowych wychodzących z pierwszego transformatora z drugim transformatorem w punktach 0 i 120. Używając 2 kolejnych zacisków krokodylkowych, połącz końce zacisków z drugim końcem transformatora w punktach 0 i 220. To ponownie pomnoży napięcie o 1,8 co łącznie daje 3,6.

Krok 10: Ładowanie kondensatorów (2)

WAŻNE: nie dotykaj końcówek przewodu zasilającego, bo grozi to porażeniem prądem. Owiń odsłonięte przewody taśmą elektryczną, aby nie można było ich dotknąć. Nie dotykaj również końcówek zacisków krokodylkowych podłączonych do transformatora.

Krok 11: Ładowanie kondensatorów (3)

Zmierzyć napięcie z końcówek zacisków krokodylkowych podłączonych do końcówek drugiego transformatora za pomocą multimetru przy ustawieniu powyżej 450V AC (linia falista obok V, a nie linia prosta). Napięcie po podłączeniu do ściany będzie niższe niż oczekiwano ze względu na rezystancję przewodów i wszystkiego, co jest podłączone.

Krok 12: Ładowanie kondensatorów (4)

Ponieważ moc pochodząca ze ściany to prąd przemienny, a kondensatory muszą być ładowane prądem stałym (ma bieguny dodatnie i ujemne na końcach), używamy prostownika mostkowego do zmiany zasilania prądem przemiennym na prąd stały. Podłącz końce zacisków krokodylkowych z drugiego transformatora do 2 środkowych styków mostka prostowniczego, upewniając się, że zaciski krokodylkowe nie dotykają innych styków.

Krok 13: Ładowanie kondensatorów (5)

Symbolem nad zewnętrznymi stykami prostownika mostkowego będzie + lub -. Podłącz je do końcówek + i – kondensatorów za pomocą 2 dodatkowych zacisków krokodylkowych.

Krok 14: Ładowanie kondensatorów (6)

Podłącz przewód zasilający do ściany i poczekaj około 30 sekund na pełne naładowanie kondensatorów. Odłącz przewód zasilający.

WAŻNE: nie dotykaj jednocześnie dwóch końców kondensatorów, ponieważ może to spowodować ból. Sprawdź, czy kondensatory są w pełni naładowane za pomocą multimetru przy ustawieniu powyżej 450 V DC (linia prosta obok V, a nie linia falista).

Krok 15: Ładowanie kondensatorów (7)

UWAGA: Kondensatory można łączyć szeregowo (zacisk ujemny do bieguna dodatniego), aby zwiększyć napięcie wytwarzanego źródła zasilania. Użyj tej samej liczby kondensatorów dla każdego z równolegle połączonych zestawów kondensatorów (przykład: jeśli wybrano 3 kondensatory do połączenia równoległego na poniższym rysunku, połącz szereg z zestawami 3 połączonych równolegle kondensatorów, w sumie 6 kondensatorów).

W tym przykładzie 2 zestawy kondensatorów połączonych równolegle są połączone szeregowo dla źródła zasilania o napięciu 900 woltów. Każdy zestaw kondensatorów połączonych równolegle będzie miał całkowitą pojemność 940uF.

Krok 16: Konfiguracja Railguna

Ustaw pocisk nad jednym końcem pręta nad częścią magnesu. Połącz ujemny koniec kondensatora z jednym z końców szyny za pomocą zacisku krokodylkowego, podobnie jak poprzednio używany akumulator. Za pomocą innego zacisku krokodylkowego połącz jeden koniec zacisku z drugą szyną, pozostawiając drugi koniec zacisku wolny.

Krok 17: Strzelanie z Railguna

Podłącz dodatni koniec kondensatora do wolnego końca zacisku krokodylkowego, który jest połączony z drugim prętem, a pocisk wystrzeli.