Kaip pasigaminti šautuvą (paaiškinta mokslas): 17 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

ĮSPĖJIMAS: perskaitykite „SVARBUS“veiksmus, kad nenusikentėtumėte ir nesulauktumėte elektros smūgio, jei nuspręsite pagaminti patobulintą bėgio pistoletą

Kūrėjas: Duncan Yee

Apžvalga

Geležinkelio pistoleto sąvoka apima laidųjį objektą išstumti išilgai dviejų laidžių bėgių dėl magnetinės jėgos ir elektros jėgos. Varomosios jėgos kryptį lemia elektromagnetiniai laukai, vadinami Lorentzo jėga.

Įkrauta dalelė, judanti greičiu [V], per elektrinį lauką, statmeną magnetiniam laukui [B], patirs jėgą [F], kaip parodyta diagramoje dešinėje. Ši diagrama iliustruoja Lorentzo jėgos kryptį naudojant dešinės rankos taisyklę.

Šio eksperimento atveju įkrautų dalelių judėjimas per elektrinį lauką yra elektros krūvio srautas, judantis per varinę vielą. Magnetinis laukas sukeltas labai stipriais neodimio magnetais.

Taigi lygtis yra kryžminis sandauga: [F] = Il X [B]

Aš - srovė

l - laido ilgis

Dalys

Dideli stačiakampiai neodimio magnetai (Lee PID: 60012)

12AWD varinė viela (Lee PID: 22498)

12 V baterija (Lee PID: 81036)

Aligatoriaus spaustukai (Lee PID: 690)

„Exacto“peilis (Lee PID: 5457)

Įstrižainės pjaustytuvas (Lee PID: 10383)

Kartonas (Lee perdirbimo šiukšliadėžė)

Neprivaloma: skaitmeninis kompasas (Lee PID: 98411)

Dalys, gerinančios dizainą

450 V 470uF kondensatoriai (Lee PID: 8604)

600V 35A tilto lygintuvas (Lee PID: 71096)

60VA žemyn/aukštyn izoliuoti transformatoriai (Lee PID: 10501)

Maitinimo laidas (Lee PID: 2995)

26 AWG prijungimo viela (Lee PID: 224007) arba daugiau aligatoriaus spaustukų

Elektros juosta (Lee PID: 10564)

Super klijai (Lee PID: 4327)

Ferito karoliukas (Lee PID: 10812)

Silikoninis sandariklis (Lee PID: 16028)

Skaitmeninis multimetras (Lee PID: 10924)

1 žingsnis: 12AWD varinių laidų nuėmimas ir bėgių uždėjimas

Naudodami tikslų peilį, nupjaukite vario vielos plastikinį dangtelį. Įstrižainės pjaustytuvu nupjaukite dvi 2 pėdų ilgio laidų juosteles. Nupjaukite dar vieną 2 colių ilgio vielos juostą, kuri bus naudojama kaip varomasis objektas. Varis yra pasirinktas, nes jis yra geras elektros laidininkas.

Iškirpkite 2 mažus apskritimus iš kartono ir padarykite skylę apskritimo centre. Pritvirtinkite jį prie 2 colių vielos galų, kad jis būtų ant strypų kelio, kol jis šaudomas.

Stenkitės neperlenkti laidų, kai juos parsinešate namo, kad galėtumėte juos ištiesinti kaip „bėgius“. Paremkite juos tuo, kas nelaiko elektros, kad jie netrumpėtų. Aš naudoju 2 liniuotes, tačiau galite naudoti kartoną, esantį Lee perdirbimo dėžėje. Užfiksuokite aligatoriaus spaustuką, palikdami kitą galą laisvą kiekviename bėgių gale.

2 žingsnis: magnetinio lauko sukėlimas (1)

Turėdamas savo valdiklių aukštį, po bėgiais galiu sutalpinti 5 stačiakampius neodimio magnetus. Kuo daugiau magnetų turite, tuo stipresnė magnetinė jėga. Įsitikinkite, kad magnetai neliečia varinių laidų, nes tai vėl sutrumpins bėgius.

Kadangi neodimio magnetai susideda iš šiaurės poliaus vienoje pusėje ir pietinio poliaus kitoje pusėje, sudėkite veidus aukštyn.

Šio eksperimento metu magnetai turi būti nukreipti ta pačia kryptimi. Nuimkite magnetų krūvą iki norimo aukščio ir padėkite juos po ir tarp dviejų bėgių. Padėkite kitą kaminą kuo arčiau bėgių. Magnetinė jėga tarp šių magnetų krūvų priešinsis viena kitai. Aš laikiau juos vietoje su dviem valdovais.

3 žingsnis: magnetinio lauko sukėlimas (2)

Šiuo metu mes nežinome, ar magnetinė jėga nukreipta aukštyn, ar žemyn. Taip pat nesvarbu. Tačiau kryptį galite nustatyti naudodami kompasą. Šiaurinis kompaso polius bus nukreiptas į pietinį magneto polių. Tai taip pat parodys magnetinės jėgos kryptį.

SVARBU: su šiais magnetais tikrai sunku elgtis, o jei jie sudaužys vienas kitą, jie lengvai sudužs ir sulaužys.

4 žingsnis: elektros įkrovos srauto sukėlimas

Padėkite ištiesintą 2 colių varinę vielą išilgai bėgių virš vieno iš magnetų kamino. Dėl to bėgiuose atsiras trumpas, tačiau būtent čia norime, kad tekėtų elektros krūviai.

Prijunkite laisvus aligatoriaus spaustukų galus, vieną prie neigiamo 12 V akumuliatoriaus gnybto galo, kitą - prie teigiamo. 2 colių strypas dabar judės. Judėjimo kryptį galima nustatyti aukščiau aprašytomis jėgomis, naudojant dešinės rankos taisyklę. Jei magnetinės jėgos krypčiai nustatyti nenaudojote kompaso, galite lengvai pakeisti varomojo strypo kryptį, pakeisdami jungtis prie akumuliatoriaus gnybto. Vėlgi, tai galima patvirtinti iliustruojant dešinės rankos taisyklę.

Nuimkite vieną iš aligatoriaus spaustuko jungčių nuo 12 V akumuliatoriaus gnybto.

5 veiksmas: šaudykite „Railgun“

Varomą vielą padėkite ant vieno bėgio galo maždaug 1 ketvirtį virš pirmojo magnetų kamino. Vėl prijunkite aligatoriaus spaustuką prie 12 V akumuliatoriaus gnybto ir laidas užsidegs.

… Tai neužsidegs įspūdingai, nes matote, kad viela bus varoma tik prie kito magneto ir neturės jėgos, kuri ją stumtų tarp magnetų. Bet..

- - - - - - - - - - - - - - „Railgun“tobulinimas - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6 žingsnis: magnetinio lauko sukėlimas

Naudodami tvirtą matuoklio lazdelę, pagamintą iš nelaidžios medžiagos (medžio, plastiko), superklijais priklijuokite magnetų krūvą ant vienos pusės ir apvyniokite ją elektros juosta. Palaukite, kol išdžius. Kai magnetai nukreipti ta pačia kryptimi, kaip ir pradinė konstrukcija, pakartokite su kita magnetų krūva šalia pirmojo kamino. Tai gali būti šiek tiek sunku, nes magnetai priešinsis vienas kitam. Pakvieskite ką nors stipraus tai padaryti.

Vėlgi, palaukite, kol išdžius, ir pakartokite, kol magnetų eilė pasieks bėgelių ilgį. Padėkite matuoklio lazdelę po ir tarp dviejų bėgių, o magnetai - priešingoje pusėje. Tai sukels magnetinį lauką per visą bėgių ilgį ir leis vielai toliau judėti į priekį.

7 žingsnis: sviedinio nustatymas

Padėkite ferito rutulį ant lygaus paviršiaus ir užpildykite pusę rutulio silikoniniu sandarikliu ir palaukite, kol jis išdžius. Priklijuokite vielos galus prie silikono centro ir priklijuokite jį super klijais. Įsitikinkite, kad viela yra pakankamai ilga, kad nesiliestų su bėgiais. Taip sviedinys išliks bėgių kelyje, o trintis bus mažesnė, palyginti su iš pradžių naudojama kartona.

PASTABA: gali tekti naudoti didesnį ferito rutulį, kad padidintumėte sviedinio svorį, jei jis galiausiai nuskris, kai bus paleistas.

8 veiksmas: kondensatorių nustatymas

Pasirinktus kondensatorius galima laikyti didesne baterija. Baterija, kaip kondensatorius, įkraunama labai greitai, palyginti su įprastai naudojamomis baterijomis (AA, AAA ir kt.). Šis iškrovimo greitis priklauso nuo laiko konstantos; kuo didesnė laiko konstanta, tuo ilgiau kondensatorius išlaikys įkrovą.

Laiko konstantos formulė: [T] = R * C

[T] = laiko konstanta

R = pasipriešinimas

C = kondensatoriaus talpa

Kadangi vario varža negali smarkiai pasikeisti, norint padidinti laiko konstantą, leidžiančią ilgiau išlaikyti įkrovą, galime padidinti kondensatorių talpą, prijungdami juos lygiagrečiai su 26 AWG laidu. Juostelė palei pasirinktą kondensatorių rodo neigiamą ženklą (-), o tai reiškia, kad arčiausiai jo esantis stulpelis yra neigiamas. Prijunkite juos lygiagrečiai, prijungdami neigiamą vieno kondensatoriaus postą prie kito neigiamo. Pakartokite su teigiamu įrašu. Tai prilygs 1 „baterijos“kaip energijos šaltinio naudojimui, o talpa bus jūsų pasirinktų prijungti kondensatorių skaičiaus suma.

PASTABA: 3 kondensatorių gali nepakakti įkrovimui, galite pridėti daugiau pagal savo skonį.

9 veiksmas: kondensatorių įkrovimas (1)

Mano pasirinkti kondensatoriai gali išlaikyti ne daugiau kaip 450 voltų. Norėdami įkrauti šiuos kondensatorius, mes įjungiame jiems 450 voltų maitinimą iš elektros lizdo.

SVARBU: patikrinkite savo šalies tiekiamą įtampą. Tai bus 120 arba 220 voltų kintamosios srovės. Kanadoje jis yra 120 voltų, o tai reiškia, kad turime jį padauginti maždaug iš 4, kad pasiektume 450 voltų.

Naudodami 2 aligatoriaus spaustukus, maitinimo laido galus prijunkite prie vieno transformatoriaus ties 0 ir 120. Naudodami dar 2 aligatoriaus spaustukus, prijunkite spaustukų galus prie kito transformatoriaus galo esant 0 ir 220. Šis santykis padaugins įtampą nuo sienos 1,8.

Prijunkite aligatoriaus spaustukų galus iš pirmojo transformatoriaus prie antrojo transformatoriaus ties 0 ir 120. Naudodami dar 2 aligatoriaus spaustukus, prijunkite spaustukų galus prie kito transformatoriaus galo ties 0 ir 220. Tai vėl padaugins įtampa 1,8, iš viso 3,6.

10 veiksmas: kondensatorių įkrovimas (2)

SVARBU: nelieskite maitinimo laido galų, kitaip gausite elektros smūgį. Apvyniotus laidus apvyniokite elektros juosta, kad negalėtumėte jų liesti. Nelieskite ir prie transformatoriaus prijungtų aligatoriaus spaustukų galų.

11 veiksmas: kondensatorių įkrovimas (3)

Patikrinkite įtampą iš aligatoriaus spaustukų galų, prijungtų prie antrojo transformatoriaus galų, naudodami multimetrą, esant nustatymui virš 450 V kintamosios srovės (tiesi linija šalia V, o ne tiesi). Įjungus sieną įtampa bus mažesnė nei tikėtasi dėl laidų ir visko, kas prijungta, atsparumo.

12 žingsnis: Kondensatorių įkrovimas (4)

Kadangi maitinimas, gaunamas iš sienos, yra kintamosios srovės, o kondensatorius reikia įkrauti nuolatine srove (jo galai turi teigiamą ir neigiamą poliškumą), mes naudojame tilto lygintuvą, kad pakeistume kintamosios srovės maitinimą į nuolatinę. Prijunkite aligatoriaus spaustukų galus nuo antrojo transformatoriaus prie 2 vidurinių tiltelio lygintuvo kaiščių, įsitikindami, kad aligatoriaus spaustukai neliečia jokių kitų kaiščių.

13 žingsnis: Kondensatorių įkrovimas (5)

Simbolis virš išorinių tiltelio lygintuvo kaiščių bus + arba -. Prijunkite juos prie kondensatorių + ir - galų, naudodami dar 2 aligatoriaus spaustukus.

14 žingsnis: Kondensatorių įkrovimas (6)

Prijunkite maitinimo laidą prie sienos ir palaukite maždaug 30 sekundžių, kol kondensatoriai visiškai įkraus. Atjunkite maitinimo laidą.

SVARBU: nelieskite abiejų kondensatorių galų vienu metu, kitaip gali pakenkti. Patikrinkite, ar kondensatoriai yra visiškai įkrauti, naudodami multimetrą esant nustatytai virš 450 V nuolatinės srovės (tiesė ties V, o ne stačia linija).

15 žingsnis: Kondensatorių įkrovimas (7)

PASTABA: Jūs galite prijungti kondensatorius nuosekliai (neigiamas postas į teigiamą), kad padidintumėte sukurto maitinimo šaltinio įtampą. Kiekvienam lygiagrečiai prijungtam kondensatorių rinkiniui naudokite tą patį kondensatorių skaičių (pavyzdys: jei žemiau esančiame paveikslėlyje lygiagrečiai prijungti pasirinkti 3 kondensatoriai, seriją prijunkite prie 3 lygiagrečiai sujungtų kondensatorių rinkinių, iš viso 6 kondensatorių)).

Šiame pavyzdyje 2 lygiagrečiai prijungtų kondensatorių rinkiniai yra nuosekliai prijungti prie 900 voltų maitinimo šaltinio. Kiekvieno lygiagrečiai sujungtų kondensatorių rinkinio bendra talpa bus 940uF.

16 žingsnis: „Railgun“nustatymas

Padėkite sviedinį virš vieno strypo galo virš magneto dalies. Prijunkite neigiamą kondensatoriaus galą prie vieno bėgio galo aligatoriaus spaustuku, kaip ankščiau naudojama baterija. Naudodami kitą aligatoriaus spaustuką, prijunkite vieną spaustuko galą prie kito bėgelio, o kitą spaustuko galą palikite laisvą.

17 veiksmas: šaudykite iš šautuvo

Prijunkite teigiamą kondensatoriaus galą prie laisvo aligatoriaus spaustuko galo, kuris yra prijungtas prie kito strypo, ir sviedinys šaudys.