Kā izgatavot sliedi (izskaidrota zinātne): 17 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

BRĪDINĀJUMS: Izlasiet “SVARĪGĀS” darbības, lai nesāpinātu sevi un nesaņemtu elektriskās strāvas triecienu, ja nolemjat izgatavot uzlabotu sliedes pistoli

Izveidoja: Duncan Yee

Pārskats

Dzelzceļa pistoles jēdziens sastāv no vadoša objekta virzīšanas pa 2 vadošām sliedēm magnētiskā spēka un elektriskā spēka dēļ. Vilces spēka virziens ir saistīts ar elektromagnētiskajiem laukiem, ko sauc par Lorenca spēku.

Uzlādēta daļiņa, kas pārvietojas ar ātrumu [V], caur elektrisko lauku, kas ir perpendikulāra magnētiskajam laukam [B], piedzīvos spēku [F], kā parādīts diagrammā pa labi. Šī diagramma ilustrē Lorenca spēka virzienu, izmantojot labās rokas likumu.

Šī eksperimenta gadījumā uzlādētu daļiņu kustība caur elektrisko lauku ir elektriskā lādiņa plūsma, kas pārvietojas pa vara stiepli. Magnētiskais lauks tiek inducēts ar ļoti spēcīgiem neodīma magnētiem.

Tādējādi vienādojums ir šķērsprodukts: [F] = Il X [B]

Es - strāva

l - stieples garums

Daļas

Lieli taisnstūra neodīma magnēti (Lī PID: 60012)

12AWD vara stieple (Lī PID: 22498)

12 V akumulators (Lī PID: 81036)

Aligatoru klipi (Lī PID: 690)

Exacto nazis (Lī PID: 5457)

Diagonālais griezējs (Lī PID: 10383)

Kartons (Lī pārstrādes tvertne)

Pēc izvēles: digitālais kompass (Lī PID: 98411)

Daļas, kas uzlabo dizainu

450 V 470uF kondensatori (Lī PID: 8604)

600V 35A tilta taisngriezis (Lī PID: 71096)

60VA pakāpieni uz leju/augšup izolēti transformatori (Lī PID: 10501)

Strāvas vads (Lī PID: 2995)

26 AWG savienojuma stieple (Lī PID: 224007) vai vairāk aligatora skavas

Elektriskā lente (Lī PID: 10564)

Super līme (Lī PID: 4327)

Ferīta lodītes (Lī PID: 10812)

Silikona hermētiķis (Lī PID: 16028)

Digitālais multimetrs (Lī PID: 10924)

1. solis: 12AWD vara vadu noņemšana un sliežu novietošana

Izmantojot precīzo nazi, nogrieziet vara stieples plastmasas vāku. Izgrieziet divas vadu sloksnes 2 pēdu garumā ar diagonālo griezēju. Izgrieziet vēl vienu stieples sloksni 2 collu garumā, kas tiks izmantota kā dzinējspēks. Varš ir izvēlēts, jo tas ir labs elektrības vadītājs.

Izgrieziet no kartona 2 mazus apļus un izvelciet caurumu apļa centrā. Piestipriniet to pie 2 collu stieples galiem, lai tas atrastos uz stieņu ceļa, kamēr tas tiek atlaists.

Mēģiniet nesalocīt vadus, atvedot tos mājās, lai tos varētu iztaisnot kā “sliedes”. Iedarbiniet viņus ar kaut ko tādu, kas nevada elektrību, lai viņi netraucētu. Es izmantoju divus lineālus, bet jūs varat izmantot kartonu, kas atrodams Lī pārstrādes tvertnē. Saspiediet aligatora skavu, atstājot otru galu brīvu katrā sliežu galā.

2. darbība: magnētiskā lauka izraisīšana (1)

Ņemot vērā izmantoto lineālu augstumu, es varu novietot 5 no taisnstūra neodīma magnētiem zem sliedēm. Jo vairāk magnētu ir sakrauti, jo spēcīgāks ir magnētiskais spēks. Pārliecinieties, ka magnēti nepieskaras vara vadiem, jo tas atkal saīsinās sliedes.

Tā kā neodīma magnēti sastāv no ziemeļpola vienā pusē un dienvidu pola otrā pusē, salieciet sejas uz augšu.

Visa eksperimenta laikā magnētus turiet vienā virzienā. Noņemiet magnētu kaudzi vēlamajā augstumā un novietojiet tos zem un starp abām sliedēm. Novietojiet citu kaudzīti pēc iespējas tuvāk gar sliedēm. Magnētiskais spēks starp šīm magnētu kaudzēm pretojas viens otram. Es tos turēju kopā ar abiem valdniekiem.

3. darbība: magnētiskā lauka izraisīšana (2)

Šajā brīdī mēs nezinām, vai magnētiskais spēks ir vērsts uz augšu vai uz leju. Tam arī nav nozīmes. Tomēr virzienu var noteikt ar kompasu. Kompasa ziemeļu pols būs vērsts pret magnēta dienvidu polu. Tas arī pateiks magnētiskā spēka virzienu.

SVARĪGI: ir ļoti grūti rīkoties ar šiem magnētiem, un, ja tie sasit viens otru, tie viegli saplīst un salūzt.

4. solis: elektriskās uzlādes plūsmas izraisīšana

Novietojiet iztaisnoto 2 collu vara stiepli gar sliedēm virs viena no magnētu kaudzes. Tas radīs īssavienojumu uz sliedēm, bet tieši šeit mēs vēlamies, lai plūst elektriskie lādiņi.

Pievienojiet aligatora skavu brīvos galus, vienu pie 12V akumulatora spailes negatīvā gala, otru - ar pozitīvo galu. 2 collu stienis tagad kustēsies. Kustības virzienu var noteikt ar iepriekš aprakstītajiem spēkiem, izmantojot labās rokas likumu. Ja magnētiskā spēka virziena noteikšanai neizmantojāt kompasu, varat viegli mainīt dzenošā stieņa virzienu, nomainot savienojumus ar akumulatora spaili. Atkal to var apstiprināt, ilustrējot labās rokas noteikumu.

Noņemiet vienu no aligatora skavas savienojumiem no 12 V akumulatora spailes.

5. solis: šautenes šaušana

Novietojiet vadāmo vadu vienā sliedes galā apmēram 1 ceturtdaļu virs pirmās magnētu kaudzes. Atkārtoti pievienojiet aligatora skavu 12V akumulatora spailei, un vads tiks uzņemts.

… Tas neizraisīs iespaidīgu iespaidu, jo redzat, ka vads tiks virzīts tikai uz nākamo magnētu un tam nebūs spēka, kas to virzīs starp magnētiem. Bet..

- - - - - - - - - - - - - - Dzelzceļa pistoles uzlabošana - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6. darbība: magnētiskā lauka izraisīšana

Izmantojot izturīgu skaitītāja nūju, kas izgatavota no nevadoša materiāla (koka, plastmasas), pielīmējiet magnētu kaudzi vienā no tās malām ar superlīmi un aptiniet to ar elektrisko lenti. Pagaidiet, līdz tas izžūst. Kad magnēti ir vērsti tajā pašā virzienā kā sākotnējais dizains, atkārtojiet to ar citu magnētu kaudzīti tieši blakus pirmajai kaudzei. Tas var būt nedaudz grūti, jo magnēti pretojas viens otram. Palūdziet kādam spēcīgam to izdarīt.

Atkal pagaidiet, līdz tas izžūst, un atkārtojiet, līdz magnētu rinda sasniedz sliežu garumu. Novietojiet skaitītāja nūju zem un starp divām sliedēm ar magnētiem pretējā pusē. Tas izraisīs magnētisko lauku visā sliežu garumā, ļaujot vadam turpināt virzīties uz priekšu.

7. darbība: šāviņa uzstādīšana

Novietojiet ferīta lodītes uz līdzenas virsmas un piepildiet pusi no lodītes ar silikona hermētiķi un pagaidiet, līdz tā izžūst. Piestipriniet dzenošās stieples galus pie silikona centra un pielīmējiet to vietā ar super līmi. Pārliecinieties, vai stieple ir pietiekami gara, lai tā nesaskartos ar sliedēm. Tas lādiņu noturēs uz sliežu ceļa ar mazāku berzi salīdzinājumā ar sākotnēji izmantoto kartonu.

PIEZĪME: Lai palielinātu šāviņa svaru, jums, iespējams, būs jāizmanto lielāka ferīta lodīte, ja tā izlidojot izšaujas.

8. darbība. Kondensatoru uzstādīšana

Izvēlētos kondensatorus var uzskatīt par lielāku akumulatoru. Akumulatoram līdzīgs kondensators satur lādiņu, kas ļoti ātri samazinās, salīdzinot ar parastajām baterijām (AA, AAA utt.). Šis izlādes ātrums ir atkarīgs no laika konstantes; jo lielāka laika konstante, jo ilgāk kondensators turēs lādiņu.

Laika konstantes formula ir šāda: [T] = R * C

[T] = laika konstante

R = pretestība

C = kondensatora kapacitāte

Tā kā vara pretestība nevar krasi mainīties, lai palielinātu laika konstanti, kas ļauj ilgāk turēt lādiņu, mēs varam palielināt kondensatoru kapacitāti, savienojot tos paralēli 26 AWG vadam. Sloksne gar izvēlēto kondensatoru parāda negatīvu zīmi (-), kas nozīmē, ka tai vistuvāk esošais statnis ir negatīvais stabiņš. Savienojiet tos paralēli, savienojot viena kondensatora negatīvo stabu ar nākamā negatīvo stabu. Atkārtojiet ar pozitīvo ziņu. Tas būs līdzvērtīgi 1 “akumulatora” izmantošanai kā strāvas avotam, kura kapacitāte ir jūsu izvēlēto pievienojamo kondensatoru skaita summa.

PIEZĪME: Ar 3 kondensatoriem var nepietikt, lai noturētu uzlādi, jūs varat pievienot vairāk pēc savas patikas.

9. darbība. Kondensatoru uzlāde (1)

Manis izvēlētie kondensatori var turēt ne vairāk kā 450 voltus. Lai uzlādētu šos kondensatorus, mēs izmantojam tiem 450 voltus, izmantojot strāvas padevi no sienas kontaktligzdas.

SVARĪGI: pārbaudiet savas valsts piegādāto spriegumu. Tas būs vai nu 120 vai 220 voltu maiņstrāva. Kanādā tas ir 120 volti, kas nozīmē, ka mums tas jāreizina aptuveni ar 4, lai sasniegtu 450 voltus.

Izmantojot 2 aligatora skavas, pievienojiet strāvas vada galus vienam transformatoram pie 0 un 120. Izmantojot vēl 2 aligatoru skavas, savienojiet skavu galus ar transformatora otru galu pie 0 un 220. Šī attiecība reizinās spriegumu no sienas līdz 1.8.

Pievienojiet aligatora skavu galus, kas nāk no pirmā transformatora, pie otrā transformatora pie 0 un 120. Izmantojot vēl 2 aligatoru skavas, savienojiet skavu galus ar transformatora otru galu pie 0 un 220. Tas atkal reizinās spriegums par 1,8, kopā iegūstot 3,6.

10. darbība: kondensatoru uzlāde (2)

SVARĪGI: nepieskarieties strāvas vada galiem, pretējā gadījumā jūs saņemsit elektriskās strāvas triecienu. Aptiniet atklātos vadus, izmantojot elektrisko lenti, lai tos nevarētu pieskarties. Nepieskarieties arī transformatoram pievienoto aligatora skavu galiem.

11. darbība: kondensatoru uzlāde (3)

Pārbaudiet spriegumu no aligatora skavu galiem, kas savienoti ar otrā transformatora galiem ar multimetru, iestatījumā virs 450 V maiņstrāvas (nelīdzena līnija blakus V, nevis taisnai). Spriegums, kad tas ir pievienots sienai, būs zemāks, nekā paredzēts, vadu un visa pievienotā pretestības dēļ.

12. darbība: kondensatoru uzlāde (4)

Tā kā strāva, kas nāk no sienas, ir maiņstrāva un kondensatori jāuzlādē ar līdzstrāvas jaudu (tā galos ir pozitīva un negatīva polaritāte), mēs izmantojam tilta taisngriezi, lai mainītu maiņstrāvu uz līdzstrāvu. Pievienojiet aligatora skavu galus no otrā transformatora pie tilta taisngrieža 2 vidējām tapām, pārliecinoties, ka aligatora skavas nepieskaras nevienai citai tapai.

13. darbība. Kondensatoru uzlāde (5)

Simbols virs tilta taisngrieža ārējām tapām būs + vai -. Pievienojiet tos kondensatoru + un - galiem, izmantojot vēl 2 aligatora skavas.

14. darbība. Kondensatoru uzlāde (6)

Pievienojiet strāvas vadu pie sienas un pagaidiet apmēram 30 sekundes, līdz kondensatori pilnībā uzlādējas. Atvienojiet strāvas vadu.

SVARĪGI: nepieskarieties abiem kondensatoru galiem vienlaicīgi, pretējā gadījumā tas var ievainot. Pārbaudiet, vai kondensatori ir pilnībā uzlādēti, izmantojot multimetru pie iestatījuma virs 450 V līdzstrāvas (taisna līnija blakus V, nevis šķībai līnijai).

15. darbība: kondensatoru uzlāde (7)

PIEZĪME. Lai palielinātu izveidotā strāvas avota spriegumu, varat savienot kondensatorus virknē (negatīvs stabiņš uz pozitīvu). Katram paralēli pievienotajam kondensatoru komplektam izmantojiet vienādu kondensatoru skaitu (piemērs: ja zemāk redzamajā attēlā ir izvēlēti paralēli savienojami 3 kondensatori, pievienojiet sēriju ar 3 paralēli savienotu kondensatoru komplektiem, kopā 6 kondensatoriem)).

Šajā piemērā 2 paralēli savienotu kondensatoru komplekti ir savienoti virknē 900 voltu barošanas avotam. Katra paralēli savienoto kondensatoru kopējā kapacitāte būs 940uF.

16. darbība. Railgun uzstādīšana

Uzstādiet šāviņu virs stieņa viena gala virs magnēta daļas. Savienojiet kondensatora negatīvo galu ar vienu sliedes galu ar aligatora skavu, piemēram, iepriekš izmantoto akumulatoru. Izmantojot citu aligatora skavu, savienojiet vienu klipa galu ar otru sliedi, atstājot skavas otru galu brīvu.

17. solis: šautenes šaušana

Savienojiet kondensatora pozitīvo galu ar aligatora skavas brīvo galu, kas ir savienots ar otru stieni, un šāviņš izšaus.