Πώς να φτιάξετε ένα σιδηροδρομικό όπλο (εξηγείται η επιστήμη): 17 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: Διαβάστε τα "ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ" βήματα, ώστε να μην τραυματιστείτε ή να πάθετε ηλεκτροπληξία εάν αποφασίσετε να φτιάξετε τη βελτιωμένη έκδοση του σιδηροδρομικού όπλου

Δημιουργήθηκε από: Duncan Yee

ΣΦΑΙΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ

Η έννοια του σιδηροπυροβόλου όπλου συνίσταται στην προώθηση ενός αγώγιμου αντικειμένου κατά μήκος 2 αγώγιμων σιδηροτροχιών λόγω μαγνητικής δύναμης και ηλεκτρικής δύναμης. Η κατεύθυνση της προωθητικής δύναμης οφείλεται στα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που ονομάζονται δύναμη Λόρεντς.

Ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται με ταχύτητα [V], μέσα από ένα ηλεκτρικό πεδίο κάθετο σε ένα μαγνητικό πεδίο [B], θα βιώσει μια δύναμη [F], όπως απεικονίζεται στο διάγραμμα προς τα δεξιά. Αυτό το διάγραμμα απεικονίζει την κατεύθυνση της δύναμης του Λόρεντς με τη χρήση του κανόνα του δεξιού χεριού.

Στην περίπτωση αυτού του πειράματος, η κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου είναι η ροή του ηλεκτρικού φορτίου που κινείται σε ένα χάλκινο σύρμα. Το μαγνητικό πεδίο προκαλείται από πολύ ισχυρούς μαγνήτες νεοδυμίου.

Η εξίσωση είναι λοιπόν το εγκάρσιο γινόμενο: [F] = Il X [B]

I - τρέχον

l - μήκος του σύρματος

Ανταλλακτικά

Μεγάλοι ορθογώνιοι μαγνήτες νεοδυμίου (PID του Lee: 60012)

Σύρμα χαλκού 12AWD (PID του Lee: 22498)

Μπαταρία 12V (PID του Lee: 81036)

Κλιπ Alligator (PID του Lee: 690)

Μαχαίρι Exacto (PID του Lee: 5457)

Diagonal Cutter (PID του Lee: 10383)

Χαρτόνι (κάδος ανακύκλωσης του Lee)

Προαιρετικά: Compηφιακή πυξίδα (PID του Lee: 98411)

Μέρη που βελτιώνουν το σχέδιο

Πυκνωτές 450V 470uF (PID του Lee: 8604)

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

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

Καλώδιο τροφοδοσίας (PID του Lee: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (PID του Lee: 224007) ή περισσότερα κλιπ Alligator

Ηλεκτρική ταινία (PID του Lee: 10564)

Super Glue (PID του Lee: 4327)

Ferrite Bead (PID του Lee: 10812)

Σφραγιστικό σιλικόνης (PID του Lee: 16028)

Digitalηφιακό πολύμετρο (PID του Lee: 10924)

Βήμα 1: Απογύμνωση των καλωδίων χαλκού 12AWD και τοποθέτηση των σιδηροτροχιών

Χρησιμοποιώντας το μαχαίρι ακριβείας, κόψτε το πλαστικό κάλυμμα του χάλκινου σύρματος. Κόψτε δύο λωρίδες καλωδίων σε μήκος 2 πόδια με τον διαγώνιο κόφτη. Κόψτε μια ακόμη λωρίδα σύρματος σε μήκος 2 ίντσες, η οποία θα χρησιμοποιηθεί ως προωθητικό αντικείμενο. Ο χαλκός επιλέγεται καθώς είναι καλός αγωγός ηλεκτρικής ενέργειας.

Κόψτε 2 μικρούς κύκλους από το χαρτόνι και ανοίξτε μια τρύπα στο κέντρο του κύκλου. Συνδέστε το στα άκρα του σύρματος 2 ιντσών για να το κρατήσετε στη διαδρομή των ράβδων ενώ πυροδοτείται.

Προσπαθήστε να μην λυγίζετε τα καλώδια όταν τα φέρετε στο σπίτι, ώστε να μπορείτε να τα ισιώσετε ως «ράγες». Προωθήστε τα με κάτι που δεν μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, ώστε να μην βραχυκυκλώνουν. Χρησιμοποίησα 2 χάρακες, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το χαρτόνι που βρίσκεται στον κάδο ανακύκλωσης του Lee. Κλείστε ένα κλιπ αλιγάτορα αφήνοντας ελεύθερο το άλλο άκρο σε κάθε άκρο των ράγες.

Βήμα 2: Επαγωγή του μαγνητικού πεδίου (1)

Με το ύψος των χάρακα που έχω χρησιμοποιήσει, μπορώ να χωρέσω 5 από τους ορθογώνιους μαγνήτες νεοδυμίου κάτω από τις ράγες. Όσο περισσότερους μαγνήτες έχετε στοιβάξει, τόσο ισχυρότερη είναι η μαγνητική δύναμη. Βεβαιωθείτε ότι οι μαγνήτες δεν αγγίζουν τα χάλκινα σύρματα, καθώς αυτό θα μειώσει ξανά τις ράγες.

Δεδομένου ότι οι μαγνήτες νεοδυμίου αποτελούνται από έναν βόρειο πόλο στη μία πλευρά και έναν νότιο πόλο από την άλλη πλευρά, στοιβάζετε τις όψεις προς τα πάνω.

Κρατήστε τους μαγνήτες στραμμένους προς την ίδια κατεύθυνση σε όλο αυτό το πείραμα. Αφαιρέστε μια στοίβα μαγνήτες στο επιθυμητό ύψος και τοποθετήστε τους κάτω και ανάμεσα στις δύο ράγες. Τοποθετήστε μια άλλη στοίβα όσο το δυνατόν πιο κοντά στις ράγες. Η μαγνητική δύναμη ανάμεσα σε αυτές τις στοίβες μαγνητών αντιτίθεται η μία στην άλλη. Τα κράτησα στη θέση τους με τους δύο ηγεμόνες.

Βήμα 3: Επαγωγή του μαγνητικού πεδίου (2)

Σε αυτό το σημείο, δεν γνωρίζουμε αν η μαγνητική δύναμη κατευθύνεται προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Επίσης δεν έχει σημασία. Ωστόσο, μπορείτε να καθορίσετε την κατεύθυνση με την πυξίδα. Ο βόρειος πόλος της πυξίδας θα κατευθύνεται προς τον νότιο πόλο του μαγνήτη. Αυτό θα σας πει επίσης την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: είναι πραγματικά δύσκολο να χειριστείς αυτούς τους μαγνήτες και αν σπάσουν ο ένας στον άλλο, θα σπάσουν εύκολα και θα σπάσουν.

Βήμα 4: Επαγωγή της ροής ηλεκτρικού φορτίου

Τοποθετήστε το ισιωμένο χάλκινο σύρμα 2 ιντσών κατά μήκος των ράγες πάνω από μία από τις στοίβες των μαγνητών. Αυτό θα δημιουργήσει ένα κοντό στις ράγες, αλλά εδώ θέλουμε να ρέουν τα ηλεκτρικά φορτία.

Συνδέστε τα ελεύθερα άκρα των συνδετήρων αλιγάτορα, ένα στο αρνητικό άκρο του ακροδέκτη μπαταρίας 12V και ένα στο θετικό άκρο. Η ράβδος 2 ιντσών θα κινηθεί τώρα. Η κατεύθυνση της κίνησης μπορεί να καθοριστεί από τις δυνάμεις που περιγράφονται παραπάνω χρησιμοποιώντας τον κανόνα του δεξιού χεριού. Εάν δεν χρησιμοποιήσατε πυξίδα για να καθορίσετε την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης, μπορείτε εύκολα να αλλάξετε την κατεύθυνση της ράβδου προώθησης αλλάζοντας τις συνδέσεις στον ακροδέκτη της μπαταρίας. Και πάλι, αυτό μπορεί να επιβεβαιωθεί με την απεικόνιση του κανόνα του δεξιού χεριού.

Αφαιρέστε μία από τις συνδέσεις του συνδετήρα αλιγάτορα από τον ακροδέκτη μπαταρίας 12V.

Βήμα 5: Εκτόξευση του Railgun

Τοποθετήστε το σύρμα που θα κινηθεί στο ένα άκρο της ράγας περίπου 1 τέταρτο πάνω από την πρώτη στοίβα μαγνητών. Συνδέστε ξανά το κλιπ αλιγάτορα στον ακροδέκτη μπαταρίας 12V και το καλώδιο θα πυροβολήσει.

… Αυτό δεν θα πυροδοτήσει εντυπωσιακά, όπως μπορείτε να δείτε ότι το σύρμα θα προωθηθεί μόνο στον επόμενο μαγνήτη και δεν θα έχει καμία δύναμη να το προωθήσει μεταξύ των μαγνητών. Αλλά..

- - - - - - - - - - - - - - - - Βελτίωση του όπλου - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Βήμα 6: Επαγωγή του Μαγνητικού Πεδίου

Χρησιμοποιώντας ένα στιβαρό ραβδί μετρητή κατασκευασμένο από μη αγώγιμο υλικό (ξύλο, πλαστικό), κολλήστε τη στοίβα των μαγνητών σε μία από τις πλευρές της με σούπερ κόλλα και τυλίξτε τη στη θέση της με ηλεκτρική ταινία. Περιμένετε να στεγνώσει. Με τους μαγνήτες να βλέπουν προς την ίδια κατεύθυνση με το αρχικό σχέδιο, επαναλάβετε με μια άλλη στοίβα μαγνήτες ακριβώς δίπλα στην πρώτη στοίβα. Αυτό μπορεί να είναι λίγο δύσκολο αφού οι μαγνήτες θα αντιπαρατεθούν μεταξύ τους. Βάλε κάποιον δυνατό να το κάνει αυτό.

Και πάλι, περιμένετε να στεγνώσει και επαναλάβετε έως ότου η σειρά των μαγνητών φτάσει στο μήκος των σιδηροτροχιών. Τοποθετήστε το ραβδί μετρητή κάτω και ανάμεσα στις 2 ράγες με τους μαγνήτες στην αντίθετη πλευρά. Αυτό θα προκαλέσει μαγνητικό πεδίο σε όλο το μήκος των σιδηροτροχιών επιτρέποντας στο σύρμα να συνεχίσει να προωθείται προς τα εμπρός.

Βήμα 7: Ρύθμιση του βλήματος

Τοποθετήστε το σφαιρίδιο φερρίτη σε μια επίπεδη επιφάνεια και γεμίστε το μισό σφαιρίδιο με στεγανωτικό σιλικόνης και περιμένετε να στεγνώσει. Κολλήστε τα άκρα του σύρματος που προωθείται στο κέντρο της σιλικόνης και κολλήστε το στη θέση του με σούπερ κόλλα. Βεβαιωθείτε ότι το καλώδιο είναι αρκετά μακρύ για να διατηρήσει την επαφή του με τις ράγες. Αυτό θα διατηρήσει το βλήμα στη διαδρομή των ράγες με λιγότερη τριβή σε σύγκριση με το χαρτόνι που χρησιμοποιήθηκε αρχικά.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: σως χρειαστεί να χρησιμοποιήσετε μεγαλύτερη χάντρα φερρίτη για να αυξήσετε το βάρος του βλήματος εάν καταλήξει να πετάξει όταν πυροδοτηθεί.

Βήμα 8: Ρύθμιση των πυκνωτών

Οι επιλεγμένοι πυκνωτές μπορούν να θεωρηθούν ως μια μεγαλύτερη μπαταρία. Ο πυκνωτής που μοιάζει με μπαταρία διατηρεί μια φόρτιση που πέφτει πολύ γρήγορα σε σύγκριση με τις συνηθισμένες μπαταρίες που χρησιμοποιούνται συνήθως (AA, AAA, κλπ.). Αυτός ο ρυθμός εκφόρτισης εξαρτάται από τη σταθερά χρόνου. όσο μεγαλύτερη είναι η σταθερά του χρόνου, τόσο περισσότερο θα κρατάει ο πυκνωτής τη φόρτιση του.

Ο τύπος για τη σταθερά χρόνου είναι: [T] = R * C

[T] = σταθερά χρόνου

R = αντίσταση

C = χωρητικότητα (του πυκνωτή)

Δεδομένου ότι η αντίσταση του χαλκού δεν μπορεί να αλλάξει δραστικά, για να αυξήσουμε τη χρονική σταθερά επιτρέποντας στο φορτίο να διατηρηθεί περισσότερο, μπορούμε να αυξήσουμε τη χωρητικότητα των πυκνωτών συνδέοντάς τους παράλληλα με το σύρμα 26 AWG. Η λωρίδα κατά μήκος του επιλεγμένου πυκνωτή εμφανίζει αρνητικό πρόσημο (-), πράγμα που σημαίνει ότι το πλησιέστερο στύλο είναι ο αρνητικός στύλος. Συνδέστε τα παράλληλα συνδέοντας την αρνητική στήλη ενός πυκνωτή με την αρνητική θέση του επόμενου. Επαναλάβετε με τη θετική ανάρτηση. Αυτό θα ισοδυναμεί με χρήση 1 «μπαταρίας» ως πηγή ισχύος με την χωρητικότητα να είναι το άθροισμα του αριθμού των πυκνωτών που επιλέγετε να συνδεθείτε.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: 3 πυκνωτές μπορεί να μην είναι αρκετοί για να κρατήσουν τη φόρτιση, μπορείτε να προσθέσετε περισσότερους ανάλογα με τις προτιμήσεις σας.

Βήμα 9: Φόρτιση των πυκνωτών (1)

Οι πυκνωτές που έχω επιλέξει μπορούν να χωρέσουν το πολύ 450 βολτ. Για να φορτίσουμε αυτούς τους πυκνωτές, εφαρμόζουμε 450 βολτ σε αυτά χρησιμοποιώντας την τροφοδοσία που παρέχεται από την πρίζα τοίχου.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: ελέγξτε την τάση που παρέχει η χώρα σας. Θα είναι 120 ή 220 βολτ AC. Στον Καναδά είναι 120 βολτ, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να το πολλαπλασιάσουμε περίπου κατά 4 για να φτάσουμε τα 450 βολτ.

Χρησιμοποιώντας 2 συνδετήρες αλιγάτορα, συνδέστε τα άκρα του καλωδίου τροφοδοσίας σε έναν μετασχηματιστή στους 0 και 120. Χρησιμοποιώντας 2 ακόμη συνδετήρες αλιγάτορα, συνδέστε τα άκρα των συνδετήρων στο άλλο άκρο του μετασχηματιστή στους 0 και 220. Αυτός ο λόγος θα πολλαπλασιάσει την τάση από τον τοίχο κατά 1,8.

Συνδέστε τα άκρα των συνδετήρων αλιγάτορα που προέρχονται από τον πρώτο μετασχηματιστή στο δεύτερο μετασχηματιστή σε 0 και 120. Χρησιμοποιώντας 2 ακόμη συνδετήρες αλιγάτορα, συνδέστε τα άκρα των συνδετήρων στο άλλο άκρο του μετασχηματιστή στους 0 και 220. Αυτό θα πολλαπλασιάσει ξανά τάση κατά 1,8 δίνοντας συνολικά 3,6.

Βήμα 10: Φόρτιση των πυκνωτών (2)

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: μην αγγίζετε τα άκρα του καλωδίου τροφοδοσίας αλλιώς θα πάθετε ηλεκτροπληξία. Τυλίξτε τα εκτεθειμένα καλώδια χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ταινία, ώστε να μην μπορείτε να τα αγγίξετε. Μην αγγίζετε ούτε τα άκρα των συνδετήρων αλιγάτορα που είναι συνδεδεμένα στον μετασχηματιστή.

Βήμα 11: Φόρτιση των πυκνωτών (3)

Δοκιμάστε την τάση από τα άκρα των συνδετήρων αλιγάτορα που συνδέονται με τα άκρα του δεύτερου μετασχηματιστή με το πολύμετρο σε μια ρύθμιση πάνω από 450V AC (σπασμένη γραμμή δίπλα στο V, όχι στην ευθεία). Η τάση όταν συνδέεται στον τοίχο θα είναι χαμηλότερη από την αναμενόμενη λόγω της αντίστασης των καλωδίων και όλων των συνδεδεμένων.

Βήμα 12: Φόρτιση των πυκνωτών (4)

Δεδομένου ότι η ισχύς που προέρχεται από τον τοίχο είναι AC και οι πυκνωτές πρέπει να φορτίζονται με ισχύ DC (έχει θετική και αρνητική πολικότητα στα άκρα του), χρησιμοποιούμε τον ανορθωτή γέφυρας για να αλλάξουμε την ισχύ AC σε DC. Συνδέστε τα άκρα των συνδετήρων αλιγάτορα από τον δεύτερο μετασχηματιστή στις 2 μεσαίες ακίδες του ανορθωτή γέφυρας, βεβαιωθείτε ότι τα κλιπ αλιγάτορα δεν αγγίζουν καμία από τις άλλες καρφίτσες.

Βήμα 13: Φόρτιση των πυκνωτών (5)

Το σύμβολο πάνω από τους εξωτερικούς πείρους του ανορθωτή γέφυρας θα είναι είτε + είτε -. Συνδέστε τα με τα άκρα + και - των πυκνωτών χρησιμοποιώντας 2 ακόμη κλιπ αλιγάτορα.

Βήμα 14: Φόρτιση των πυκνωτών (6)

Συνδέστε το καλώδιο τροφοδοσίας στον τοίχο και περιμένετε περίπου 30 δευτερόλεπτα για να φορτιστούν πλήρως οι πυκνωτές. Αποσυνδέστε το καλώδιο τροφοδοσίας.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ: μην αγγίζετε τα δύο άκρα των πυκνωτών ταυτόχρονα, διαφορετικά μπορεί να βλάψει. Ελέγξτε εάν οι πυκνωτές είναι πλήρως φορτισμένοι χρησιμοποιώντας το πολύμετρο σε μια ρύθμιση άνω των 450V DC (ευθεία δίπλα από το V, όχι με την ευαίσθητη γραμμή).

Βήμα 15: Φόρτιση των πυκνωτών (7)

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Μπορείτε να συνδέσετε τους πυκνωτές σε σειρά (αρνητική θέση σε θετική θέση) για να αυξήσετε την τάση της πηγής ισχύος που δημιουργήθηκε. Χρησιμοποιήστε τον ίδιο αριθμό πυκνωτών για καθένα από τα παράλληλα συνδεδεμένα σύνολα πυκνωτών (παράδειγμα: εάν επιλεγούν 3 πυκνωτές που θα συνδεθούν παράλληλα στην παρακάτω εικόνα, συνδέστε τη σειρά με σύνολα 3 πυκνωτών παράλληλα συνδεδεμένων με συνολικά 6 πυκνωτές).

Σε αυτό το παράδειγμα, 2 σύνολα παράλληλων συνδεδεμένων πυκνωτών συνδέονται σε σειρά για πηγή ισχύος 900 βολτ. Κάθε σύνολο παράλληλων συνδεδεμένων πυκνωτών θα έχει συνολική χωρητικότητα 940uF.

Βήμα 16: Ρύθμιση του Railgun

Τοποθετήστε το βλήμα πάνω από το ένα άκρο της ράβδου πάνω από ένα τμήμα του μαγνήτη. Συνδέστε το αρνητικό άκρο του πυκνωτή σε ένα από τα άκρα της ράγας με ένα κλιπ αλιγάτορα όπως η μπαταρία που χρησιμοποιήσατε προηγουμένως. Χρησιμοποιώντας ένα άλλο κλιπ αλιγάτορα, συνδέστε το ένα άκρο του συνδετήρα στην άλλη ράγα αφήνοντας ελεύθερο το άλλο άκρο του συνδετήρα.

Βήμα 17: Εκτόξευση του ρουλεμάν

Συνδέστε το θετικό άκρο του πυκνωτή στο ελεύθερο άκρο του συνδετήρα αλιγάτορα που είναι συνδεδεμένο με την άλλη ράβδο και το βλήμα θα πυροβολήσει.