Как да си направим релса (обяснена наука): 17 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Прочетете "ВАЖНИ" стъпки, за да не се нараните или да получите токов удар, ако решите да направите подобрената версия на пистолета

Създадено от: Duncan Yee

Общ преглед

Концепцията за релса се състои от задвижване на проводящ обект по 2 проводящи релси поради магнитна сила и електрическа сила. Посоката на движещата сила се дължи на електромагнитни полета, наречени сила на Лоренц.

Заредената частица, движеща се със скорост [V], през електрическо поле, перпендикулярно на магнитното поле [B], ще изпита сила [F], както е показано на диаграмата вдясно. Тази диаграма илюстрира посоката на силата на Лоренц с помощта на правилото за дясната ръка.

В случая на този експеримент, движението на заредени частици през електрическо поле е поток от електрически заряд, движещ се по меден проводник. Магнитното поле се индуцира с много силни неодимови магнити.

Следователно уравнението е кръстосаният продукт: [F] = Il X [B]

I - ток

l - дължина на проводника

Части

Големи правоъгълни неодимови магнити (PID на Lee: 60012)

Медна тел 12AWD (PID на Lee: 22498)

12V батерия (PID на Lee: 81036)

Алигаторни клипове (PID на Lee: 690)

Екзакто нож (PID на Lee: 5457)

Диагонална фреза (PID на Lee: 10383)

Картон (контейнер за рециклиране на Lee)

По избор: Цифров компас (PID на Lee: 98411)

Части, подобряващи дизайна

450V 470uF кондензатори (PID на Lee: 8604)

Мостови токоизправител 600V 35A (PID на Lee: 71096)

60VA стъпка надолу/нагоре изолирани трансформатори (PID на Lee: 10501)

Захранващ кабел (PID на Lee: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (PID на Lee: 224007) или повече клипове от алигатор

Електрическа лента (PID на Lee: 10564)

Супер лепило (PID на Lee: 4327)

Феритно мънисто (PID на Lee: 10812)

Силиконов уплътнител (PID на Lee: 16028)

Цифров мултицет (PID на Lee: 10924)

Стъпка 1: Сваляне на медните проводници 12AWD и поставяне на релсите

С помощта на точния нож отрежете пластмасовия капак на медната жица. Изрежете две ленти от проводници с дължина 2 фута с диагоналната фреза. Изрежете още една лента от тел с дължина 2 инча, която ще се използва като движещ се обект. Медта е избрана, тъй като е добър проводник на електричество.

Изрежете 2 малки кръга от картона и пробийте дупка в центъра на кръга. Прикрепете това към краищата на 2 -инчовия проводник, за да го държите по пътя на прътите, докато се стреля.

Опитайте се да не огъвате проводниците, когато ги носите у дома, за да можете да ги изправите като „релсите“. Подкрепете ги с нещо, което не провежда електричество, за да не се късат. Използвах 2 линийки, но можете да използвате картона, намерен в кошчето за рециклиране на Lee. Закрепете алигаторна скоба, оставяйки другия край свободен на всеки край на релсите.

Стъпка 2: Индуциране на магнитното поле (1)

С височината на линийките, които съм използвал, мога да поставя 5 от правоъгълните неодимови магнити под релсите. Колкото повече магнити сте подредили, толкова по -голяма е магнитната сила. Уверете се, че магнитите не докосват медните проводници, тъй като това отново ще скъси релсите.

Тъй като неодимовите магнити се състоят от северния полюс от едната страна и южния полюс от другата страна, подредете лицата нагоре.

Дръжте магнитите обърнати в една и съща посока през целия експеримент. Извадете купчина магнити до желаната височина и ги поставете под и между двете релси. Поставете друг стек възможно най -близо до релсите. Магнитната сила между тези купчини магнити ще се противопоставят една на друга. Държах ги на място с двамата владетели.

Стъпка 3: Индуциране на магнитното поле (2)

На този етап не знаем дали магнитната сила е насочена нагоре или надолу. Това също няма значение. Можете обаче да определите посоката с компаса. Северният полюс на компаса ще бъде насочен към южния полюс на магнита. Това също ще ви каже посоката на магнитната сила.

ВАЖНО: наистина е трудно да се борави с тези магнити и ако се блъснат един в друг, лесно ще се счупят и счупят.

Стъпка 4: Индуциране на потока от електрически заряд

Поставете изправения 2 -инчов меден проводник по протежение на релсите над един от купчината магнити. Това ще създаде късо съединение по релсите, но тук искаме електрическите заряди да текат.

Свържете свободните краища на алигаторните щипки, един към отрицателния край на клемата на 12V батерията и един към положителния край. 2 -инчовият прът сега ще се премести. Посоката на движение може да бъде определена от силите, описани по-горе, като се използва правилото на дясната ръка. Ако не сте използвали компас за определяне на посоката на магнитната сила, можете лесно да промените посоката на задвижващия прът, като смените връзките към клемата на акумулатора. Отново това може да бъде потвърдено с илюстрацията на правилото за дясната ръка.

Премахнете една от връзките на алигаторната скоба от клемата на 12V батерията.

Стъпка 5: Стрелба по релсовия пистолет

Поставете проводника, който ще се задвижва, в единия край на релсата на около 1 четвърт над първата купчина магнити. Свържете отново алигаторната скоба към клемата на 12V батерията и проводникът ще стреля.

… Това няма да стреля впечатляващо, тъй като можете да видите, че проводникът ще бъде задвижван само до следващия магнит и няма да има сила, която да го задвижва между магнитите. Но..

- - - - - - - - - - - - - - Подобряване на релсовия пистолет - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Стъпка 6: Индуциране на магнитното поле

С помощта на здрав метър, направен от непроводим материал (дърво, пластмаса), залепете купчината от магнити върху едната му страна със супер лепило и я увийте на място с електрическа лента. Изчакайте да изсъхне. С магнитите, обърнати в същата посока като оригиналния дизайн, повторете с друг куп магнити точно до първия стек. Това може да е малко трудно, тъй като магнитите ще се противопоставят един на друг. Накарайте някой силен да направи това.

Отново изчакайте да изсъхне и повторете, докато редът от магнити достигне дължината на релсите. Поставете клемата за измерване под и между 2 -те релси с магнитите от противоположната страна. Това ще предизвика магнитно поле по цялата дължина на релсите, което ще позволи на проводника да продължи да се движи напред.

Стъпка 7: Настройка на снаряда

Поставете феритното зърно върху равна повърхност и напълнете половината перла със силиконов уплътнител и изчакайте да изсъхне. Залепете краищата на задвижвания проводник към центъра на силикона и го залепете на място със супер лепило. Уверете се, че проводникът е достатъчно дълъг, за да поддържа контакта си с релсите. Това ще запази снаряда по пътя на релсите с по -малко триене в сравнение с първоначално използвания картон.

ЗАБЕЛЕЖКА: Може да се наложи да използвате по -голямо феритно зърно, за да увеличите теглото на снаряда, ако той излетя при изстрел.

Стъпка 8: Настройка на кондензаторите

Избраните кондензатори могат да се разглеждат като по -голяма батерия. Кондензаторът, подобен на батерията, задържа заряд, който се изпуска много бързо в сравнение с обикновените батерии, които обикновено се използват (AA, AAA и т.н.). Този разряд зависи от времевата константа; колкото по -голяма е постоянната на времето, толкова по -дълго кондензаторът ще задържа своя заряд.

Формулата за времевата константа е: [T] = R * C

[T] = времева константа

R = съпротивление

C = капацитет (на кондензатора)

Тъй като съпротивлението на медта не може драстично да се промени, за да увеличим времевата константа, позволяваща по -дълго задържане на заряда, можем да увеличим капацитета на кондензаторите, като ги свържем паралелно с проводника 26 AWG. Лентата по протежение на избрания кондензатор показва отрицателен знак (-), което означава, че най-близкият до него пост е отрицателният. Свържете ги паралелно, като свържете отрицателния стълб на един кондензатор към отрицателния пост на следващия. Повторете с положителния пост. Това ще бъде еквивалентно на използването на 1 „батерия“като източник на захранване, като капацитетът е сумата от броя на кондензаторите, които решите да свържете.

ЗАБЕЛЕЖКА: 3 кондензатора може да не са достатъчни, за да задържат зареждането, можете да добавите още по ваш вкус.

Стъпка 9: Зареждане на кондензаторите (1)

Избраните от мен кондензатори могат да издържат максимум 450 волта. За да заредим тези кондензатори, прилагаме към тях 450 волта, като използваме захранването, подадено от контакта.

ВАЖНО: проверете напрежението, доставено от вашата страна. Той ще бъде или 120 или 220 волта AC. В Канада тя е 120 волта, което означава, че трябва да умножим това приблизително по 4, за да достигнем 450 волта.

С помощта на 2 алигаторни скоби свържете краищата на захранващия кабел към един трансформатор при 0 и 120. Използвайки още 2 алигаторни скоби, свържете краищата на щипките към другия край на трансформатора при 0 и 220. Това съотношение ще умножи напрежението от стената на 1.8.

Свържете краищата на алигаторните скоби, идващи от първия трансформатор, към втория трансформатор при 0 и 120. Използвайки още 2 алигаторни скоби, свържете краищата на скобите към другия край на трансформатора при 0 и 220. Това отново ще умножи напрежение от 1,8 дава общо 3,6.

Стъпка 10: Зареждане на кондензаторите (2)

ВАЖНО: не докосвайте краищата на захранващия кабел или ще получите токов удар. Увийте откритите проводници с помощта на електрическа лента, така че да не можете да ги докоснете. Не докосвайте и краищата на алигаторните скоби, свързани към трансформатора.

Стъпка 11: Зареждане на кондензаторите (3)

Тествайте напрежението от краищата на алигаторните скоби, свързани към краищата на втория трансформатор с мултицет при настройка над 450V AC (извита линия до V, а не права линия). Напрежението при включване в стената ще бъде по -ниско от очакваното поради съпротивлението на проводниците и всичко свързано.

Стъпка 12: Зареждане на кондензаторите (4)

Тъй като захранването, идващо от стената, е AC и кондензаторите трябва да се зареждат с DC мощност (тя има положителен и отрицателен полярност в краищата си), използваме мостовия токоизправител, за да променим AC захранването на DC. Свържете краищата на алигаторните скоби от втория трансформатор към 2 -те средни щифта на мостовия токоизправител, като се уверите, че алигаторните скоби не докосват никой от другите щифтове.

Стъпка 13: Зареждане на кондензаторите (5)

Символът над външните щифтове на мостовия токоизправител ще бъде или + или -. Свържете ги към + и - краищата на кондензаторите, като използвате още 2 алигаторни скоби.

Стъпка 14: Зареждане на кондензаторите (6)

Включете захранващия кабел в стената и изчакайте около 30 секунди, докато кондензаторите се заредят напълно. Изключете захранващия кабел.

ВАЖНО: не докосвайте двата края на кондензаторите едновременно, в противен случай може да навреди. Проверете дали кондензаторите са напълно заредени с помощта на мултицет при настройка над 450V DC (права линия до V, а не извитата линия).

Стъпка 15: Зареждане на кондензаторите (7)

ЗАБЕЛЕЖКА: Можете да свържете последователно кондензаторите (отрицателен пост към положителен пост), за да увеличите напрежението на създадения източник на захранване. Използвайте същия брой кондензатори за всеки от паралелно свързаните комплекти кондензатори (пример: ако 3 кондензатора са избрани да бъдат свързани паралелно на снимката по-долу, свържете серията с комплекти от 3 паралелно свързани кондензатора с общо 6 кондензатора).

В този пример 2 комплекта паралелно свързани кондензатори са свързани последователно за източник на захранване от 900 волта. Всеки комплект паралелно свързани кондензатори ще има общ капацитет от 940uF.

Стъпка 16: Настройване на релсовия пистолет

Поставете снаряда над единия край на пръта над част от магнита. Свържете отрицателния край на кондензатора към един от краищата на релсата с алигаторна скоба, като батерията, използвана по -рано. С помощта на друга алигаторна щипка свържете единия край на щипката към другата шина, оставяйки другия край на клипса свободен.

Стъпка 17: Стрелба по релсовия пистолет

Свържете положителния край на кондензатора към свободния край на алигаторната скоба, която е свързана с другия прът и снарядът ще стреля.