Kako narediti železnico (pojasnjena znanost): 17 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

OPOZORILO: Preberite "POMEMBNE" korake, da se ne boste poškodovali ali dobili električni udar, če se odločite za izboljšano različico tirnice

Ustvaril: Duncan Yee

Pregled

Koncept tirnice je sestavljen iz pogona prevodnega predmeta vzdolž dveh prevodnih tirnic zaradi magnetne in električne sile. Smer pogonske sile je posledica elektromagnetnih polj, imenovanih Lorentzova sila.

Napolnjeni delci, ki se gibljejo s hitrostjo [V] skozi električno polje, pravokotno na magnetno polje [B], bodo doživeli silo [F], kot je prikazano na diagramu na desni. Ta diagram prikazuje smer Lorentzove sile z uporabo desnega pravila.

V tem poskusu je gibanje nabitih delcev skozi električno polje tok električnega naboja, ki se premika po bakreni žici. Magnetno polje induciramo z zelo močnimi neodimijskimi magneti.

Enačba je torej navzkrižni produkt: [F] = Il X [B]

I - tok

l - dolžina žice

Deli

Veliki pravokotni neodimski magneti (Leejev PID: 60012)

Bakrena žica 12AWD (Lee's PID: 22498)

12V baterija (Lee's PID: 81036)

Posnetki iz aligatorja (Leejev PID: 690)

Nož Exacto (Leejev PID: 5457)

Diagonalni rezalnik (Leejev PID: 10383)

Karton (Leejev koš za recikliranje)

Izbirno: digitalni kompas (Leejev PID: 98411)

Deli za izboljšanje zasnove

450V 470uF kondenzatorji (Leejev PID: 8604)

600V 35A mostni usmernik (Leejev PID: 71096)

60VA Step Down/Up izolirani transformatorji (Lee's PID: 10501)

Napajalni kabel (Leejev PID: 2995)

26 AWG Hook Up Wire (Leejev PID: 224007) ali več zaponk iz aligatorja

Električni trak (Leejev PID: 10564)

Super lepilo (Leejev PID: 4327)

Feritna kroglica (Leejev PID: 10812)

Silikonsko tesnilo (Lee's PID: 16028)

Digitalni multimeter (Leejev PID: 10924)

1. korak: Odstranite bakrene žice 12AWD in postavite tirnice

Z natančnim nožem odrežite plastični pokrov bakrene žice. Z diagonalnim rezalnikom odrežite dva traka žic dolžine 2 čevljev. Odrežite še en trak žice dolžine 2 cm, ki bo uporabljen kot pogonski predmet. Baker je izbran, saj je dober prevodnik električne energije.

Iz kartona izrežite 2 majhna kroga in v sredino kroga naredite luknjo. Pritrdite ga na konce 2 -palčne žice, da bo med streljanjem na poti palic.

Ko prinesete domov, žic ne upogibajte, da jih lahko poravnate kot 'tirnice'. Podprite jih z nečim, kar ne prevaja električne energije, da ne bodo kratki. Uporabil sem 2 ravnila, lahko pa uporabite karton iz Leejevega koša za recikliranje. Pripnite aligatorsko sponko, tako da bo drugi konec prosti na vsakem koncu tirnic.

2. korak: Induciranje magnetnega polja (1)

Z višino ravnil, ki sem jih uporabil, lahko pod tirnice namestim 5 pravokotnih neodimovih magnetov. Več magnetov imate zloženih, močnejša je magnetna sila. Pazite, da se magneti ne dotikajo bakrenih žic, saj boste tako spet kratki vodili.

Ker so neodimski magneti sestavljeni iz severnega pola na eni strani in južnega pola na drugi strani, zložite obraze navzgor.

Med tem poskusom naj bodo magneti obrnjeni v isto smer. Odstranite sveženj magnetov na želeno višino in jih postavite pod in med obema tirnicama. Drugi sklad postavite čim bližje vzdolž tirnic. Magnetska sila med temi svežnji magnetov si bo nasprotovala. Držal sem jih na mestu z dvema vladarjema.

3. korak: Induciranje magnetnega polja (2)

Na tej točki ne vemo, ali je magnetna sila usmerjena navzgor ali navzdol. Prav tako ni pomembno. Smer pa lahko določite s kompasom. Severni pol kompasa bo usmerjen na južni pol magneta. To vam bo tudi povedalo smer magnetne sile.

POMEMBNO: z magneti je zelo težko ravnati in če se zaletijo drug v drugega, se zlahka razbijejo in zlomijo.

4. korak: Spodbujanje pretoka električnega naboja

Poravnano 2 -palčno bakreno žico postavite vzdolž tirnic nad enega od skladov magnetov. To bo ustvarilo kratki stik na tirnicah, toda tukaj želimo, da električni naboji tečejo.

Priključite proste konce sponk aligatorja, enega na negativni konec priključka 12V akumulatorja in enega na pozitivni konec. 2 -palčna palica se bo zdaj premaknila. Smer gibanja je mogoče določiti z zgoraj opisanimi silami z uporabo desnega pravila. Če za določitev smeri magnetne sile niste uporabili kompasa, lahko preprosto spremenite smer pogonske palice tako, da priključke priključite na priključek akumulatorja. Ponovno lahko to potrdimo s ponazoritvijo pravila desne roke.

Odstranite eno od povezav aligatorske sponke z 12V akumulatorskega priključka.

5. korak: Streljanje Railgun

Žico, ki jo želite poganjati, postavite na en konec tirnice približno 1 četrtino nad prvim svežnjem magnetov. Ponovno priključite zaponko aligatorja na 12V akumulatorski priključek in žica bo sprožila.

… To se ne bo sprožilo impresivno, saj lahko vidite, da bo žica poganjana le do naslednjega magneta in ne bo imela sile, ki bi jo poganjala med magneti. Ampak..

- - - - - - - - - - - - - - - - Izboljšanje puške - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

6. korak: Induciranje magnetnega polja

S trdno merilno palico iz neprevodnega materiala (les, plastika) z enim od njegovih strani z lepilom zlepite kup magnetov in ga zavijte v električni trak. Počakajte, da se posuši. Z magneti, obrnjenimi v isto smer kot prvotna zasnova, ponovite z drugim svežnjem magnetov tik ob prvem svežnju. To je lahko nekoliko težko, saj se magneti med seboj nasprotujejo. Naj to stori nekdo močan.

Ponovno počakajte, da se posuši in ponavljajte, dokler vrsta magnetov ne doseže dolžine tirnic. Merilno palico postavite med in med dvema tirnicama z magneti na nasprotni strani. To bo povzročilo magnetno polje po vsej dolžini tirnic, kar bo omogočilo, da se žica še naprej poganja naprej.

7. korak: Nastavitev izstrelka

Feritno kroglico položite na ravno površino in polovico kroglice napolnite s silikonsko tesnilno maso in počakajte, da se posuši. Konce žice, ki se poganja, prilepite na sredino silikona in jo pritrdite s super lepilom. Prepričajte se, da je žica dovolj dolga, da ostane v stiku s tirnicami. Tako bo izstrelek ostal na poti tirnic z manj trenja v primerjavi s prvotno uporabljenim kartonom.

OPOMBA: Morda boste morali uporabiti večjo feritno kroglico, da povečate težo izstrelka, če na koncu odleti, ko je izstreljen.

8. korak: Namestitev kondenzatorjev

Izbrane kondenzatorje si lahko predstavljamo kot večjo baterijo. Baterijski kondenzator ima naboj, ki se zelo hitro spusti v primerjavi z običajnimi baterijami, ki se običajno uporabljajo (AA, AAA itd.). Ta hitrost praznjenja je odvisna od časovne konstante; večja kot je časovna konstanta, dlje bo kondenzator držal svoj naboj.

Formula za časovno konstanto je: [T] = R * C

[T] = časovna konstanta

R = upor

C = kapacitivnost (kondenzatorja)

Ker se upornost bakra ne more drastično spremeniti, lahko povečamo časovno konstanto, ki omogoča daljše zadrževanje naboja, zato lahko povečamo kapacitivnost kondenzatorjev tako, da jih povežemo vzporedno z žico 26 AWG. Trak vzdolž izbranega kondenzatorja prikazuje negativen znak (-), kar pomeni, da je najbližji drog negativni steber. Vzporedno jih povežite tako, da negativni pol enega kondenzatorja priključite na negativni pol naslednjega. Ponovite s pozitivno objavo. To bi bilo enako uporabi 1 „baterije“kot vira energije, pri čemer je kapacitivnost vsota števila kondenzatorjev, ki jih izberete za priključitev.

OPOMBA: 3 kondenzatorji morda ne bodo dovolj za zadrževanje napolnjenosti, lahko jih dodate po svojih željah.

9. korak: Polnjenje kondenzatorjev (1)

Kondenzatorji, ki sem jih izbral, lahko držijo največ 450 voltov. Za polnjenje teh kondenzatorjev nanje napajamo 450 voltov z napajanjem iz stenske vtičnice.

POMEMBNO: preverite napetost, ki jo dobavlja vaša država. Napetost bo 120 ali 220 voltov. V Kanadi je 120 voltov, kar pomeni, da moramo to pomnožiti približno s 4, da dosežemo 450 voltov.

S pomočjo 2 aligatorskih sponk povežite konce napajalnega kabla z enim transformatorjem pri 0 in 120. S pomočjo še 2 aligatorskih sponk povežite konce sponk z drugim koncem transformatorja pri 0 in 220. To razmerje bo pomnožilo napetost od stene za 1,8.

Konce aligatorskih sponk, ki prihajajo iz prvega transformatorja, povežite z drugim transformatorjem pri 0 in 120. S pomočjo še 2 aligatorskih sponk povežite konce sponk z drugim koncem transformatorja pri 0 in 220. Tako boste znova pomnožili napetost za 1,8, kar skupaj daje 3,6.

10. korak: Polnjenje kondenzatorjev (2)

POMEMBNO: ne dotikajte se koncev napajalnega kabla, sicer vas bo udaril električni tok. Odkrijte žice z električnim trakom, da se jih ne boste mogli dotakniti. Ne dotikajte se niti aligatorskih sponk, priključenih na transformator.

11. korak: Polnjenje kondenzatorjev (3)

Preverite napetost s koncev aligatorskih sponk, ki so z multimetrom priključene na konce drugega transformatorja, pri nastavitvi nad 450 V AC (ukrivljena črta poleg V, ne ravna črta). Napetost, ko je priključena na steno, bo zaradi upora žic in vsega, kar je povezano, nižja od pričakovane.

Korak: Polnjenje kondenzatorjev (4)

Ker je moč, ki prihaja iz stene, enosmerna in je treba kondenzatorje napolniti z enosmerno napetostjo (na svojih koncih ima pozitivno in negativno polarnost), s pomočjo mostičnega usmernika spremenimo napajanje v enosmerni tok. Konce aligatorskih sponk iz drugega transformatorja priključite na 2 srednja zatiča mostičnega usmernika, pri tem pazite, da se sponke aligatorja ne dotikajo nobenega drugega zatiča.

Korak: Polnjenje kondenzatorjev (5)

Simbol nad zunanjimi zatiči mostnega usmernika bo + ali -. Priključite jih na + in - konca kondenzatorjev z uporabo še 2 zaponk iz aligatorja.

14. korak: Polnjenje kondenzatorjev (6)

Priključite napajalni kabel v steno in počakajte približno 30 sekund, da se kondenzatorji popolnoma napolnijo. Odklopite napajalni kabel.

POMEMBNO: ne dotikajte se obeh koncev kondenzatorjev hkrati, sicer lahko poškoduje. Preverite, ali so kondenzatorji popolnoma napolnjeni z multimetrom pri nastavitvi nad 450 V DC (ravna črta zraven V, ne pa vrteča se linija).

Korak 15: Polnjenje kondenzatorjev (7)

OPOMBA: Kondenzatorje lahko priključite zaporedno (negativno mesto na pozitivno mesto), da povečate napetost ustvarjenega vira energije. Uporabite enako število kondenzatorjev za vsak od vzporedno povezanih sklopov kondenzatorjev (primer: če so izbrani 3 kondenzatorji, ki so vzporedno povezani na spodnji sliki, serijo povežite s kompleti 3 vzporedno povezanih kondenzatorjev s skupaj 6 kondenzatorji).

V tem primeru sta 2 niza vzporedno povezanih kondenzatorjev povezana za vir energije 900 voltov. Vsak niz vzporedno povezanih kondenzatorjev bo imel skupno kapaciteto 940uF.

Korak 16: Nastavitev tirnice

Izstrelek postavite nad en konec palice nad del magneta. Negativni konec kondenzatorja povežite z enim od sponk aligatorja, kot je že uporabljena baterija. Z drugo zaponko iz aligatorja povežite en konec sponke z drugo tirnico, pri čemer je drugi konec sponke prost.

Korak 17: Streljanje Railgun

Pozitivni konec kondenzatorja priključite na prosti konec aligatorske sponke, ki je povezana z drugo palico, in izstrelek bo ustrelil.