Paano Gumawa ng isang Railgun (Ipinaliwanag ang agham): 17 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

BABALA: Basahin ang mga hakbang na "MAHALAGA" upang hindi mo masaktan ang iyong sarili o makuryente kung magpapasya kang gawin ang pinahusay na bersyon ng railgun

Nilikha ni: Duncan Yee

Pangkalahatang-ideya

Ang konsepto ng isang railgun ay binubuo ng paghimok ng isang nagsasagawa ng bagay kasama ang 2 pagsasagawa ng daang-bakal dahil sa isang puwersang pang-magnetiko at isang puwersang elektrisidad. Ang direksyon ng puwersa na nagtutulak ay dahil sa mga electromagnetic na patlang na tinatawag na puwersang Lorentz.

Ang isang sisingilin na maliit na butil na gumagalaw na may isang tulin [V], sa pamamagitan ng isang electric field patayo sa isang magnetic field [B], ay makakaranas ng isang puwersa [F], tulad ng nakalarawan sa diagram sa kanan. Inilalarawan ng diagram na ito ang direksyon ng puwersang Lorentz sa paggamit ng panuntunang kanang kamay.

Sa kaso ng eksperimentong ito, ang paggalaw ng mga sisingilin na mga particle sa pamamagitan ng isang electric field ay ang daloy ng singil ng kuryente na lumilipat sa isang wire na tanso. Ang magnetic field ay sapilitan ng napakalakas na neodymium magnet.

Ang equation ay gayon ang cross product: [F] = Il X [B]

Ako - kasalukuyang

l - haba ng kawad

Mga Bahagi

Malaking Parihabang Neodymium Magnets (Lee's PID: 60012)

12AWD wire na tanso (Lee's PID: 22498)

12V Baterya (Lee's PID: 81036)

Mga Alligator Clips (Lee's PID: 690)

Exacto Knife (Lee's PID: 5457)

Diagonal Cutter (Lee's PID: 10383)

Cardboard (recycle bin ni Lee)

Opsyonal: Digital Compass (Lee's PID: 98411)

Mga Bahagi ng Pagpapabuti ng Disenyo

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

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

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

Power Cord (Lee's PID: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Lee's PID: 224007) o higit pang Mga Alligator Clips

Electrical Tape (Lee's PID: 10564)

Super Glue (Lee's PID: 4327)

Ferrite Bead (Lee's PID: 10812)

Silicone Sealant (Lee's PID: 16028)

Digital Multimeter (Lee's PID: 10924)

Hakbang 1: Pagkuha ng 12AWD Copper Wires at paglalagay ng Riles

Gamit ang exacto na kutsilyo, gupitin ang plastic na takip ng wire na tanso. Gupitin ang dalawang piraso ng mga wire sa 2 talampakan ang haba gamit ang dayagonal cutter. Gupitin ang isa pang strip ng wire sa 2 pulgada ang haba na gagamitin bilang nagtutulak na bagay. Napili ang tanso dahil ito ay isang mahusay na conductor ng kuryente.

Gupitin ang 2 maliliit na bilog mula sa karton at sundutin ang isang butas sa gitna ng bilog. Ikabit ito sa mga dulo ng 2 pulgada na kawad upang panatilihin ito sa landas ng mga tungkod habang ito ay pinaputok.

Subukang huwag yumuko ang mga wire kapag dinala mo sila sa bahay upang maituwid mo sila bilang 'riles'. Itaguyod sa kanila ang isang bagay na hindi nagsasagawa ng kuryente upang hindi sila makulangan. Gumamit ako ng 2 pinuno, ngunit maaari mong gamitin ang karton na matatagpuan sa recycling bin ni Lee. Mag-clip ng isang clip ng buaya na nag-iiwan ng kabilang dulo na libre sa bawat dulo ng daang-bakal.

Hakbang 2: Pag-uudyok sa Magnetic Field (1)

Sa taas ng mga pinuno na ginamit ko, maaari akong magkasya sa 5 ng mga parihabang neodymium magneto sa ilalim ng daang-bakal. Ang mas maraming mga magnet na iyong na-stack, mas malakas ang puwersang magnetiko. Siguraduhin na ang mga magnet ay hindi hawakan ang mga wire ng tanso dahil ito ay muling, maiikli ang daang-bakal.

Dahil ang mga neodymium magnet ay binubuo ng isang hilagang poste sa isang gilid at isang timog na poste sa kabilang panig, isalansan ang mga mukha.

Panatilihin ang mga magnet na nakaharap sa parehong direksyon sa buong eksperimentong ito. Alisin ang isang stack ng mga magnet sa nais na taas at ilagay ang mga ito sa ilalim at sa pagitan ng dalawang daang-bakal. Maglagay ng isa pang stack hangga't maaari sa kahabaan ng daang-bakal. Ang magnetikong puwersa sa pagitan ng mga stack ng magnet na ito ay tutulan ang bawat isa. Hinawakan ko sila sa lugar kasama ang dalawang pinuno.

Hakbang 3: Pag-uudyok sa Magnetic Field (2)

Sa puntong ito, hindi namin alam kung ang magnetikong puwersa ay nakadirekta paitaas o pababa. Hindi rin ito bagay. Gayunpaman, maaari mong matukoy ang direksyon sa compass. Ang hilagang poste ng kumpas ay ididirekta sa timog na poste ng pang-akit. Sasabihin din sa iyo nito ang direksyon ng puwersang magnetiko.

MAHALAGA: talagang mahirap hawakan ang mga magnet na ito at kung sila ay bagsak sa bawat isa, madali silang masira at masira.

Hakbang 4: Pag-uudyok ng Daloy ng Electric Charge

Ilagay ang straightened 2 inch na tanso na kawad kasama ang mga daang-bakal sa itaas ng isa sa mga stack ng magnet. Lilikha ito ng isang maikling sa daang-bakal, ngunit dito namin nais na dumaloy ang mga singil na kuryente.

Ikonekta ang mga libreng dulo ng mga clip ng buaya, isa sa negatibong pagtatapos ng 12V baterya terminal at isa sa positibong dulo. Gagalaw na ngayon ang 2 pulgada na baras. Ang direksyon ng paggalaw ay maaaring matukoy ng mga puwersang inilarawan sa itaas gamit ang kanang panuntunan. Kung hindi ka gumamit ng isang compass upang matukoy ang direksyon ng puwersang magnetiko, madali mong mababago ang direksyon ng nagtutulak na tungkod sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga koneksyon sa terminal ng baterya. Muli, makumpirma ito sa pamamagitan ng ilustrasyon ng kanang panuntunan.

Alisin ang isa sa mga koneksyon ng alligator clip mula sa 12V baterya terminal.

Hakbang 5: Pagpaputok ng Railgun

Ilagay ang kawad upang itaguyod sa isang dulo ng riles mga 1 isang-kapat sa itaas ng unang stack ng mga magnet. Ikonekta muli ang clip ng buaya sa terminal ng 12V na baterya at kukunan ang kawad.

… Hindi ito magpaputok nang kahanga-hanga tulad ng nakikita mo na ang kawad ay itutulak lamang sa susunod na pang-akit at wala itong puwersa na itutulak ito sa pagitan ng mga magnet. Pero..

- - - - - - - - - - - - - - Pagpapabuti ng Railgun - - - - - - - - - - - - - - - - -

Hakbang 6: Pag-uudyok sa Magnetic Field

Gamit ang isang matibay na stick ng metro na gawa sa materyal na hindi nagsasagawa (kahoy, plastik), kola ang stack ng mga magnet sa isa sa mga gilid nito na may sobrang pandikit at balutin ito ng de-koryenteng tape. Hintaying matuyo ito. Sa mga magnet na nakaharap sa parehong direksyon tulad ng orihinal na disenyo, ulitin sa isa pang stack ng mga magnet sa tabi mismo ng unang stack. Ito ay maaaring medyo mahirap dahil ang mga magnet ay tutulan ang bawat isa. Kumuha ng isang malakas na gawin ito.

Muli, hintayin itong matuyo at ulitin hanggang sa maabot ng hilera ng mga magnet ang haba ng daang-bakal. Ilagay ang stick ng metro sa ilalim at sa pagitan ng 2 daang-bakal na may mga magnet sa kabaligtaran. Ito ay mag-uudyok ng isang magnetic field sa buong buong haba ng daang-bakal na pinapayagan ang kawad na magpatuloy na itulak pasulong.

Hakbang 7: Pag-set up ng Proyekto

Ilagay ang ferrite bead sa isang patag na ibabaw at punan ang kalahati ng butil ng silicone sealant at hintaying matuyo ito. Idikit ang mga dulo ng kawad na itinutulak sa gitna ng silicone at idikit ito sa lugar na may sobrang pandikit. Tiyaking sapat ang haba ng kawad upang mapanatili ang pakikipag-ugnay nito sa mga daang-bakal. Mapapanatili nito ang projectile sa daanan ng mga daang-bakal na may mas kaunting alitan kumpara sa carboard na orihinal na ginamit.

TANDAAN: Maaaring kailanganin mong gumamit ng isang mas malaking ferrite bead upang madagdagan ang bigat ng projectile kung magtatapos ito sa paglipad kapag ito ay pinaputok.

Hakbang 8: Pag-set up ng Mga Capacitor

Ang napiling mga capacitor ay maaaring maisip bilang isang mas malaking baterya. Ang baterya tulad ng capacitor ay nagtataglay ng singil na napakabilis na bumagsak kumpara sa normal na mga baterya na karaniwang ginagamit (AA, AAA, atbp.). Ang rate ng paglabas na ito ay nakasalalay sa pare-pareho sa oras; mas malaki ang pare-pareho ng oras, mas matagal ang capacitor na hahawak sa singil nito.

Ang pormula para sa pare-pareho sa oras ay: [T] = R * C

[T] = pare-pareho ang oras

R = paglaban

C = capacitance (ng capacitor)

Dahil ang paglaban ng tanso ay hindi maaaring mabago nang malaki, upang madagdagan ang oras na pare-pareho na pinapayagan ang pagsingil na mas matagal, maaari nating madagdagan ang kapasidad ng mga capacitor sa pamamagitan ng pagkonekta sa kanila nang kahanay ng 26 AWG wire. Ang strip kasama ang napiling kapasitor ay nagpapakita ng isang negatibong pag-sign (-) na nangangahulugang ang post na pinakamalapit dito ay ang negatibong post. Ikonekta ang mga ito nang kahanay sa pamamagitan ng pagkonekta sa negatibong post ng isang kapasitor sa negatibong post ng susunod. Ulitin sa positibong post. Ito ay magiging katumbas ng paggamit ng 1 'baterya' bilang isang mapagkukunan ng lakas na ang capacitance ay ang kabuuan ng bilang ng mga capacitor na pinili mong konektado.

TANDAAN: Ang 3 capacitor ay maaaring hindi sapat upang hawakan ang singil, maaari kang magdagdag ng higit sa iyong gusto.

Hakbang 9: Pagsingil sa Mga Capacitor (1)

Ang mga capacitor na napili ko ay maaaring humawak ng maximum na 450 volts. Upang singilin ang mga capacitor na ito, naglalagay kami ng 450 volts sa kanila gamit ang kuryente na ibinigay mula sa socket ng dingding.

MAHALAGA: suriin ang boltahe na ibinibigay ng iyong bansa. Ito ay alinman sa 120 o 220 volts AC. Sa Canada ito ay 120 volts na nangangahulugang dapat nating i-multiply ito ng halos 4 upang maabot ang 450 volts.

Paggamit ng 2 mga clip ng buaya, ikonekta ang mga dulo ng kurdon ng kuryente sa isang transpormer sa 0 at 120. Gamit ang 2 pang mga clip ng buaya, ikonekta ang mga dulo ng mga clip sa kabilang dulo ng transpormer sa 0 at 220. Ang proporasyong ito ay magpaparami ng boltahe mula sa dingding ng 1.8.

Ikonekta ang mga dulo ng mga clip ng buaya na nagmumula sa unang transpormer sa pangalawang transpormer sa 0 at 120. Gamit ang 2 pang mga clip ng buaya, ikonekta ang mga dulo ng mga clip sa kabilang dulo ng transpormer sa 0 at 220. Ito ay muling magpaparami ng boltahe sa pamamagitan ng 1.8 na nagbibigay ng isang kabuuang 3.6.

Hakbang 10: Pagsingil sa Mga Capacitor (2)

MAHALAGA: huwag hawakan ang mga dulo ng kurdon ng kuryente o makakuryente ka. Ibalot ang mga nakalantad na mga wire gamit ang electrical tape upang hindi mo ito mahawakan. Huwag hawakan ang mga dulo ng mga clip ng buaya na nakakonekta sa transpormer.

Hakbang 11: Pagsingil sa Mga Capacitor (3)

Subukan ang boltahe mula sa mga dulo ng mga clip ng buaya na konektado sa mga dulo ng pangalawang transpormer na may multimeter sa isang setting sa itaas ng 450V AC (squiggly line sa tabi ng V, hindi ang tuwid na linya). Ang boltahe kapag naka-plug sa pader ay magiging mas mababa kaysa sa inaasahan dahil sa paglaban ng mga wire at lahat ng konektado.

Hakbang 12: Pagsingil sa Mga Capacitor (4)

Dahil ang lakas na nagmumula sa dingding ay AC at ang mga capacitor ay kailangang singilin ng DC power (mayroon itong positibo at negatibong polarity sa mga dulo nito), ginagamit namin ang rectifier ng tulay upang baguhin ang AC power sa DC. Ikonekta ang mga dulo ng mga clip ng buaya mula sa pangalawang transpormer sa 2 gitnang mga pin ng tulay na tagapagpatuwid na tinitiyak na ang mga clip ng buaya ay hindi hawakan ang alinman sa iba pang mga pin.

Hakbang 13: Pagsingil sa Mga Capacitor (5)

Ang simbolo sa itaas ng panlabas na mga pin ng tulay na tagatama ay magiging alinman sa + o -. Ikonekta ang mga ito sa + at - mga dulo ng mga capacitor gamit ang 2 pang mga clip ng buaya.

Hakbang 14: Pagsingil sa Mga Capacitor (6)

I-plug ang cord ng kuryente sa dingding at maghintay ng 30 segundo o higit pa para sa ganap na singilin ang mga capacitor. I-unplug ang kurdon ng kuryente.

MAHALAGA: huwag hawakan ang dalawang dulo ng mga capacitor nang sabay-sabay kung hindi man ay maaaring masaktan ito. Subukan kung ang mga capacitor ay ganap na sisingilin gamit ang multimeter sa isang setting sa itaas 450V DC (tuwid na linya sa tabi ng V, hindi ang squiggly line).

Hakbang 15: Pagsingil sa Mga Capacitor (7)

TANDAAN: Maaari mong ikonekta ang mga capacitor sa serye (negatibong post sa positibong post) upang madagdagan ang boltahe ng nilikha na mapagkukunan ng kuryente. Gumamit ng parehong bilang ng mga capacitor para sa bawat parallel na konektadong mga hanay ng mga capacitor (halimbawa: kung ang 3 capacitor ay pinili upang maiugnay sa kahanay sa larawan sa ibaba, ikonekta ang serye na may mga hanay ng 3 parallel-konektado capacitor na may kabuuang 6 capacitors).

Sa halimbawang ito, 2 mga hanay ng mga parallel-konektado capacitor ay konektado sa serye para sa isang mapagkukunan ng lakas na 900 volts. Ang bawat hanay ng mga parallel-connected capacitor ay magkakaroon ng kabuuang capacitance na 940uF.

Hakbang 16: Pag-set up ng Railgun

I-set up ang projectile sa itaas ng isang dulo ng pamalo sa itaas ng isang bahagi ng pang-akit. Ikonekta ang negatibong dulo ng capacitor sa isa sa mga riles na nagtapos sa isang clip ng buaya tulad ng ginamit na baterya dati. Gamit ang isa pang clip ng buaya, ikonekta ang isang dulo ng clip sa kabilang riles na iniiwan ang kabilang dulo ng clip nang libre.

Hakbang 17: Pagpaputok ng Railgun

Ikonekta ang positibong dulo ng capacitor sa libreng dulo ng clip ng buaya na nakakonekta sa iba pang pamalo at kukunan ang projectile.