Cara Membuat Railgun (Ilmu Dijelaskan): 17 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

PERINGATAN: Bacalah langkah-langkah "PENTING" agar Anda tidak melukai diri sendiri atau tersengat listrik jika Anda memutuskan untuk membuat railgun versi perbaikan

Dibuat oleh: Duncan Yee

Gambaran

Konsep railgun terdiri dari mendorong benda konduktor sepanjang 2 rel konduktor karena gaya magnet dan gaya listrik. Arah gaya dorong disebabkan oleh medan elektromagnetik yang disebut gaya Lorentz.

Sebuah partikel bermuatan yang bergerak dengan kecepatan [V], melalui medan listrik yang tegak lurus medan magnet [B], akan mengalami gaya [F], seperti digambarkan pada diagram di sebelah kanan. Diagram ini menggambarkan arah gaya Lorentz dengan menggunakan aturan tangan kanan.

Dalam kasus percobaan ini, pergerakan partikel bermuatan melalui medan listrik adalah aliran muatan listrik yang bergerak melintasi kawat tembaga. Medan magnet diinduksi dengan magnet neodymium yang sangat kuat.

Persamaannya adalah hasil kali silang: [F] = Il X [B]

saya – saat ini

l - panjang kawat

Bagian

Magnet Neodymium Persegi Panjang Besar (Lee's PID: 60012)

Kawat tembaga 12AWD (Lee's PID: 22498)

Baterai 12V (PID Lee: 81036)

Klip Buaya (Lee's PID: 690)

Pisau Tepat (PID Lee: 5457)

Pemotong Diagonal (PID Lee: 10383)

Karton (Tempat sampah daur ulang Lee)

Opsional: Kompas Digital (PID Lee: 98411)

Bagian Meningkatkan Desain

Kapasitor 450V 470uF (PID Lee: 8604)

Penyearah Jembatan 600V 35A (PID Lee: 71096)

60VA Step Down/Up Trafo Terisolasi (Lee's PID: 10501)

Kabel Listrik (PID Lee: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Lee's PID: 224007) atau lebih Klip Buaya

Pita Listrik (Lee's PID: 10564)

Lem Super (Lee's PID: 4327)

Manik Ferit (PID Lee: 10812)

Silicone Sealant (Lee's PID: 16028)

Multimeter Digital (PID Lee: 10924)

Langkah 1: Melepas Kabel Tembaga 12AWD dan Menempatkan Rel

Dengan menggunakan pisau exacto, potong penutup plastik dari kawat tembaga. Potong dua strip kabel sepanjang 2 kaki dengan pemotong diagonal. Potong satu strip lagi dari kawat sepanjang 2 inci yang akan digunakan sebagai objek pendorong. Tembaga dipilih karena merupakan konduktor listrik yang baik.

Gunting 2 lingkaran kecil dari karton dan buat lubang di tengah lingkaran. Lampirkan ini ke ujung kawat 2 inci agar tetap di jalur batang saat sedang ditembakkan.

Cobalah untuk tidak menekuk kabel saat Anda membawanya pulang sehingga Anda dapat meluruskannya sebagai 'rel'. Sangga mereka dengan sesuatu yang tidak menghantarkan listrik agar tidak korslet. Saya menggunakan 2 penggaris, tetapi Anda dapat menggunakan karton yang ditemukan di tempat sampah daur ulang Lee. Klipkan klip buaya dengan membiarkan ujung lainnya bebas di setiap ujung rel.

Langkah 2: Menginduksi Medan Magnet (1)

Dengan ketinggian penggaris yang saya gunakan, saya dapat memasukkan 5 magnet neodymium persegi panjang di bawah rel. Semakin banyak magnet yang Anda susun, semakin kuat gaya magnetnya. Pastikan magnet tidak menyentuh kabel tembaga karena ini akan memperpendek rel.

Karena magnet neodymium terdiri dari kutub utara di satu sisi dan kutub selatan di sisi lain, tumpuklah permukaannya.

Jaga agar magnet menghadap ke arah yang sama selama percobaan ini. Lepaskan setumpuk magnet ke ketinggian yang diinginkan dan letakkan di bawah dan di antara dua rel. Tempatkan tumpukan lain sedekat mungkin di sepanjang rel. Gaya magnet antara tumpukan magnet ini akan saling berlawanan. Saya menahan mereka di tempat dengan dua penguasa.

Langkah 3: Menginduksi Medan Magnet (2)

Pada titik ini, kita tidak tahu apakah gaya magnet diarahkan ke atas atau ke bawah. Itu juga tidak masalah. Namun, Anda dapat menentukan arah dengan kompas. Kutub utara kompas akan diarahkan ke kutub selatan magnet. Ini juga akan memberi tahu Anda arah gaya magnet.

PENTING: sangat sulit untuk menangani magnet ini dan jika mereka saling bertabrakan, mereka akan mudah pecah dan pecah.

Langkah 4: Menginduksi Aliran Muatan Listrik

Tempatkan kawat tembaga 2 inci yang diluruskan di sepanjang rel di atas salah satu tumpukan magnet. Ini akan membuat arus pendek pada rel, tetapi di sinilah kita ingin muatan listrik mengalir.

Hubungkan ujung bebas klip buaya, satu ke ujung negatif terminal baterai 12V dan satu ke ujung positif. Batang 2 inci sekarang akan bergerak. Arah gerakan dapat ditentukan oleh gaya-gaya yang dijelaskan di atas menggunakan aturan tangan kanan. Jika Anda tidak menggunakan kompas untuk menentukan arah gaya magnet, Anda dapat dengan mudah mengubah arah batang penggerak dengan menukar sambungan ke terminal baterai. Sekali lagi, ini dapat dikonfirmasikan dengan ilustrasi aturan tangan kanan.

Lepaskan salah satu sambungan klip buaya dari terminal baterai 12V.

Langkah 5: Menembakkan Railgun

Tempatkan kawat yang akan didorong pada salah satu ujung rel sekitar seperempat di atas tumpukan magnet pertama. Hubungkan kembali klip buaya ke terminal baterai 12V dan kabel akan menembak.

… Ini tidak akan menyala secara mengesankan karena Anda dapat melihat bahwa kawat hanya akan didorong ke magnet berikutnya dan tidak akan ada gaya yang mendorongnya di antara magnet. Tetapi..

- - - - - - - - - - - - - Memperbaiki Railgun - - - - - - - - - - - - - - - - -

Langkah 6: Menginduksi Medan Magnet

Menggunakan tongkat meteran kokoh yang terbuat dari bahan non-konduktor (kayu, plastik), rekatkan tumpukan magnet ke salah satu sisinya dengan lem super dan bungkus dengan pita listrik. Tunggu sampai kering. Dengan magnet menghadap ke arah yang sama dengan desain aslinya, ulangi dengan tumpukan magnet lain tepat di sebelah tumpukan pertama. Ini mungkin agak sulit karena magnet akan saling berlawanan. Dapatkan seseorang yang kuat untuk melakukan ini.

Sekali lagi, tunggu sampai kering dan ulangi sampai deretan magnet mencapai panjang rel. Tempatkan meteran tongkat di bawah dan di antara 2 rel dengan magnet di sisi yang berlawanan. Ini akan menginduksi medan magnet di seluruh panjang rel yang memungkinkan kawat terus didorong ke depan.

Langkah 7: Menyiapkan Proyektil

Tempatkan manik-manik ferit pada permukaan yang rata dan isi setengah dari manik-manik dengan sealant silikon dan tunggu sampai kering. Tempelkan ujung kawat yang didorong ke bagian tengah silikon dan rekatkan dengan lem super. Pastikan kabel cukup panjang untuk menjaga kontaknya dengan rel. Ini akan menjaga proyektil di jalur rel dengan gesekan yang lebih sedikit dibandingkan dengan carboard yang awalnya digunakan.

CATATAN: Anda mungkin perlu menggunakan manik ferit yang lebih besar untuk menambah berat proyektil jika proyektil tersebut akhirnya terbang saat ditembakkan.

Langkah 8: Menyiapkan Kapasitor

Kapasitor yang dipilih dapat dianggap sebagai baterai yang lebih besar. Baterai seperti kapasitor menahan muatan yang turun sangat cepat dibandingkan dengan baterai normal yang biasa digunakan (AA, AAA, dll). Tingkat debit ini tergantung pada konstanta waktu; semakin besar konstanta waktu, semakin lama kapasitor akan menahan muatannya.

Rumus untuk konstanta waktu adalah: [T] = R * C

[T] = konstanta waktu

R = hambatan

C = kapasitansi (dari kapasitor)

Karena resistansi tembaga tidak dapat berubah secara drastis, untuk meningkatkan konstanta waktu yang memungkinkan muatan ditahan lebih lama, kita dapat meningkatkan kapasitansi kapasitor dengan menghubungkannya secara paralel dengan kabel 26 AWG. Strip sepanjang kapasitor yang dipilih menunjukkan tanda negatif (-) yang berarti pos yang paling dekat dengannya adalah pos negatif. Hubungkan mereka secara paralel dengan menghubungkan pos negatif dari satu kapasitor ke pos negatif berikutnya. Ulangi dengan posting positif. Ini akan setara dengan menggunakan 1 'baterai' sebagai sumber daya dengan kapasitansi menjadi jumlah dari jumlah kapasitor yang Anda pilih untuk dihubungkan.

CATATAN: 3 kapasitor mungkin tidak cukup untuk menahan muatan, Anda dapat menambahkan lebih banyak sesuai keinginan Anda.

Langkah 9: Mengisi Kapasitor (1)

Kapasitor yang saya pilih dapat menampung maksimum 450 volt. Untuk mengisi kapasitor ini, kami menerapkan 450 volt ke mereka menggunakan daya yang dipasok dari stopkontak.

PENTING: periksa voltase yang disediakan oleh negara Anda. Ini akan menjadi 120 atau 220 volt AC. Di Kanada itu adalah 120 volt yang berarti kita harus mengalikannya secara kasar dengan 4 untuk mencapai 450 volt.

Dengan menggunakan 2 klip buaya, sambungkan ujung kabel daya ke salah satu transformator di 0 dan 120. Dengan menggunakan 2 klip buaya lagi, sambungkan ujung klip ke ujung transformator lainnya di 0 dan 220. Rasio ini akan mengalikan tegangan dari dinding sebesar 1,8.

Hubungkan ujung klip buaya yang berasal dari trafo pertama ke trafo kedua di 0 dan 120. Dengan menggunakan 2 klip buaya lagi, sambungkan ujung klip ke ujung trafo yang lain di 0 dan 220. Ini akan mengalikan lagi tegangan sebesar 1,8 memberikan total 3,6.

Langkah 10: Mengisi Kapasitor (2)

PENTING: jangan menyentuh ujung kabel listrik atau Anda akan tersengat listrik. Bungkus kabel yang terbuka menggunakan pita listrik sehingga Anda tidak akan bisa menyentuhnya. Jangan menyentuh ujung klip buaya yang terhubung ke trafo juga.

Langkah 11: Mengisi Kapasitor (3)

Uji tegangan dari ujung klip buaya yang terhubung ke ujung kedua trafo dengan multimeter pada pengaturan di atas 450V AC (garis berlekuk di sebelah V, bukan garis lurus). Tegangan saat dicolokkan ke dinding akan lebih rendah dari yang diharapkan karena hambatan kabel dan semua yang terhubung.

Langkah 12: Mengisi Kapasitor (4)

Karena daya yang berasal dari dinding adalah AC dan kapasitor perlu diisi dengan daya DC (memiliki kutub positif dan negatif di ujungnya), kami menggunakan penyearah jembatan untuk mengubah daya AC menjadi DC. Hubungkan ujung klip buaya dari trafo kedua ke 2 pin tengah penyearah jembatan memastikan klip buaya tidak menyentuh salah satu pin lainnya.

Langkah 13: Mengisi Kapasitor (5)

Simbol di atas pin luar penyearah jembatan akan berupa + atau -. Hubungkan ini ke + dan – ujung kapasitor menggunakan 2 klip buaya lagi.

Langkah 14: Mengisi Kapasitor (6)

Colokkan kabel daya ke dinding dan tunggu sekitar 30 detik hingga kapasitor terisi penuh. Cabut kabel daya.

PENTING: jangan menyentuh kedua ujung kapasitor pada saat yang sama jika tidak dapat melukai. Uji apakah kapasitor terisi penuh menggunakan multimeter pada pengaturan di atas 450V DC (garis lurus di sebelah V, bukan garis berlekuk).

Langkah 15: Mengisi Kapasitor (7)

CATATAN: Anda dapat menghubungkan kapasitor secara seri (pos negatif ke pos positif) untuk meningkatkan tegangan sumber listrik yang dibuat. Gunakan jumlah kapasitor yang sama untuk setiap rangkaian kapasitor yang terhubung paralel (contoh: jika 3 kapasitor dipilih untuk dihubungkan secara paralel pada gambar di bawah, hubungkan rangkaian dengan 3 kapasitor terhubung paralel dengan total 6 kapasitor).

Dalam contoh ini, 2 set kapasitor yang terhubung paralel dihubungkan secara seri untuk sumber daya 900 volt. Setiap set kapasitor yang terhubung paralel akan memiliki kapasitansi total 940uF.

Langkah 16: Menyiapkan Railgun

Atur proyektil di atas salah satu ujung batang di atas sebagian magnet. Hubungkan ujung negatif kapasitor ke salah satu ujung rel dengan klip buaya seperti baterai yang digunakan sebelumnya. Dengan menggunakan klip buaya lain, sambungkan salah satu ujung klip ke rel lainnya dengan membiarkan ujung klip lainnya bebas.

Langkah 17: Menembakkan Railgun

Hubungkan ujung positif kapasitor ke ujung bebas klip buaya yang terhubung ke batang lainnya dan proyektil akan menembak.