Chapitre 2 Electromagnétisme - Construire un railgun en 10 minutes
A railgun 10 minutes
Un canon à rails est un dispositif pour l'accélération d'un objet en exécutant un courant électrique à travers elle le long d'une paire de rails. Lorsque de grandes quantités d'énergie sont utilisés, le railgun devient une arme puissante. Mais les principes peuvent être mises en évidence en toute sécurité en utilisant une plus petite quantité de puissance, dans notre cas, d'une batterie de 9 volts.
Quand une petite quantité d'énergie est utilisée, les rails peuvent être réutilisés plusieurs fois. Si de plus grandes quantités d'énergie sont utilisées, le railgun devient un dispositif one-shot, les rails sont détruits dans le processus de tir au pistolet, en raison de formation d'arc et à la flexion des rails.
Il existe plusieurs types de canon à rails, chacun avec une autre méthode d'accélération de l'objet. Cette version est appelée un moteur homopolaire linéaire.
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De quoi as-tu besoin
- Un morceau de carton ou de bois pour une base. Il peut être une longueur. La nôtre est d'environ 18 pouces de long, et environ 6 pouces de large.
- Deux bandes de feuille d'aluminium, de 2 pouces de large, et 2 pouces de longueur supérieure à la base.
- Une longueur de 2 pouces de large de fil d'acier, par exemple d'un cintre.
- 2 disques magnétiques, dans un bon plaqué conducteur, comme l'or. Les aimants super-puissants dans notre catalogue grand travail, et sont ceux utilisés dans ce projet.
- Colle blanche
- Une batterie de 9 volts
- Deux pistes de clip aligator
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On commence par la diffusion d'une fine couche de colle sur la base, pour maintenir vers le bas les bandes de feuille.
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Les bandes de feuille sont ensuite placés sur la base, environ un demi-pouce d'intervalle, et lissées vers le bas avec les doigts pour enlever les rides. Les 2 pouces supplémentaires est laissée suspendue au-dessus d'un côté, pour le rendre facile à clip sur les pistes pour la batterie.
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Ensuite, nous attachons la batterie avec les fils de clip. Nous ne vous soucier de la polarité de la batterie à ce moment - si le canon tire dans le mauvais sens, nous annulerons la batterie.
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L'étape de nid consiste à déposer les extrémités du plat de fil de cintre. Cela permettra aux aimants de bâton plat aux extrémités de l'axe du fil. Si le dépôt est fait avec soin pour rendre les extrémités plates perpendiculaires au fil, alors il y aura moins vacillant que les aimants se déplacent vers le bas les rails.
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Déclencher le railgun
Pour tirer le railgun, juste laisser tomber les roues sur les rails. Ils vont commencer à accélérer immédiatement. Si elles ne bougent pas du tout, les aimants ne sont probablement pas pointant vers la même façon. Soulevez les roues, et retourner un aimant, et essayez à nouveau. Si cela ne fonctionne toujours pas, vérifiez la batterie et les connexions.
Si les roues se déplacent dans la mauvaise direction, vous pouvez les lancer à l'autre bout, ou inverser la batterie.
Cliquez sur la photo ci-dessous pour voir le railgun en action.
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Comment fait-elle cela?
Le moteur homopolaire a été l'un des premiers moteurs jamais construits. Michael Faraday construit un.
Il existe de nombreux modèles différents. Celui ci-dessous est seulement un d'entre eux. Cliquez sur l'image pour voir courir.
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Un aimant est placé pôle nord vers le haut dans un bol de vinaigre. L'aimant est l'un de nos super-puissants ceux de notre catalogue. Suspendu au-dessus est une lourde pièce de tube de cuivre ou d'un fil, suspendu à une pince crocodile de fil toronné souple. Le vinaigre recouvre le tube à une profondeur d'environ une moitié d'un pouce. Le tube ne touche pas tout à fait l'aimant, mais il est libre de se balancer autour.
Un morceau de feuille d'aluminium repose également dans le vinaigre (ce qui peut être à la place un fil de cuivre, il est critique).
Quand on se connecte une source d'environ 30 à 50 volts (quelques piles de 9 volts) connectés en série à la feuille et le tube, le tube commence à tourner autour de l'aimant. Nous recevons aussi beaucoup de bulles d'hydrogène et de l'oxygène, mais pour ce projet qui est juste un effet secondaire.
Nous avons créé un moteur homopolaire. Contrairement à nos moteurs précédents, celui-ci ne change pas les pôles d'un électro-aimant du nord au sud et à l'arrière.
Comme le courant circule à travers le fil de cuivre (ou d'un tube dans notre cas), un champ magnétique est créé autour de lui. Ce champ magnétique interagit avec le champ magnétique de l'aimant au fond du bol. L'agencement est configuré de telle sorte que le champ magnétique dans le fil exerce sa force perpendiculairement au champ magnétique de l'aimant inférieur. Cela rend le cercle de fil que l'aimant.
Un autre moteur simple homopolaire est illustré ci-dessous.
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Les deux petits aimants de disque sont fixés au-dessus du pôle nord de l'aimant de cube. La boucle dans le fond de la forme de fil est ensuite placé dans le dessus des deux disques. La boucle est à peine plus grande que les disques. Le pôle positif de la batterie est ensuite soigneusement placé au-dessus des disques, et l'extrémité pointue de la forme de fil est placé dans l'encoche dans la partie supérieure de la batterie.
Lorsque la structure est équilibrée sur l'aimant de cube, le fil commence à tourner autour de la batterie.
Qu'est-ce qui se passe ici est similaire à ce qui se passe dans notre version de vinaigre.
Le courant provenant de la batterie circule à travers le fil des deux côtés de la forme de fil. Cela crée un champ magnétique autour du fil. Ce champ interagit avec le champ de l'aimant de cube et les disques. Le champ du fil crée une force perpendiculaire au champ des aimants. Cela provoque le côté droit du fil à être poussé vers vous, et le côté gauche à être poussé loin de vous. Cette action se poursuit jusqu'à ce que la batterie est déchargée.
Supposons que nous avons tenu sur le fil, et laissez l'aimant bouger? Nous pouvons le faire en réglant simplement la batterie sur la table, sur le côté. Cliquez sur la photo pour voir une animation de ce qui se passe.
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Le fil tourne jusqu'à ce qu'il touche la table. La force continue après que le fil ne peut plus tourner, et donc au lieu de la rotation du fil, la batterie et les aimants tournent. Cela rend le rouleau de pile le long de la table comme un rouleau compresseur.
Vous pouvez maintenant voir que nous sommes très proches de notre conception de railgun. Le railgun est vraiment juste deux de ces rouleaux de batterie connectée de bout en bout. La batterie est externe, et les fils ont été remplacés par les rails. Le champ magnétique dans les rails crée une force perpendiculaire au champ magnétique des roues du chariot de railgun, et les amène à rouler.