Электромагнитный способ перемещения масс

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ

«ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПОСОБ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МАСС»

Автор проекта:

Руководитель проекта:

Ученик 10-И класса

Учитель физики

Канунников Михаил Юрьевич

Устюгина Галина Павловна

Цель и задачи

Гипотеза : Теоретические знания законов физики позволят собрать лабораторный электромагнитный ускоритель масс и провести оценочные эксперименты.

Цель работы : Показать возможность перемещения масс разными электромагнитными способами.

Задачи :

• Изучить и исследовать способы перемещения масс электромагнитным способом.
• Используя законы электродинамики, провести экспериментальную проверку одного из способов.
• Узнать перспективы использования электромагнитного способа перемещения масс.

С середины 20 века электромагнитные ускорители масс (ЭУМ), рассматриваются людьми, как полезные приборы для различного рода применения. Несомненно, усовершенствованные ЭУМ, будут применяться в промышленности, науке, быту, военном деле. В настоящее время большой интерес вызывают новые виды э/м оружия, имеющие целый ряд преимуществ перед известными видами стрелкового вооружения. Эти современные устройства представляют собой электромагнитные ускорители масс.

Изученность вопроса о электромагнитном способе перемещения масс

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Электромагнитная индукция была открыта Майклом Фарадеем 29 августа 1831 года.

Майкл Фарадей

Способы перемещения масс

Учёные выделяют 3 основных способа, которые позволяют нам разогнать снаряд:

• Пушка Гаусса — самый распространённый
• Катушка Томсона
• Рельсотрон

Пушка Гаусса

Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.

При протекании электрического тока в катушке индуктивности возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь катушки индуктивности

Если в момент прохождения снаряда через середину катушки отключить ток, то магнитное поле исчезнет, и снаряд вылетит из другого конца ствола.

Рельсотрон

Рельсотрон состоит из двух параллельных электродов, называемых рельсами, подключённых к источнику мощного постоянного тока. Разгоняемая электропроводная масса располагается между рельсами, замыкая электрическую цепь, и приобретает ускорение вследствие силы Ампера, действующей на замкнутый проводник с током в его собственном магнитном поле.

Катушка Томпсона

В плоской обмотке создается быстро нарастающий электрический ток, вызывающий в пространстве вокруг переменное магнитное поле. В обмотку вставлен ферритовый сердечник, на свободный конец которого надето кольцо из проводящего материала. Под действием переменного магнитного потока, пронизывающего кольцо, в нём возникает индукционный ток, создающий магнитное поле противоположной направленности относительно поля обмотки. Своим полем кольцо начинает отталкиваться от поля обмотки и ускоряться.

Преимущества ЭУМ

• Способность разгонять снаряд малых масс, вследствие чего пуля приобретает огромную разрушительную силу (особенно у рельсотрона)
• Простое строение и простота в использовании (у пушки Гаусса и катушки Томпсона)
• Сравнительная безопасность использования (у пушки Гаусса и катушки Томпсона)
• Бесшумность выстрела (у пушки Гаусса)

Эксперимент

Для экспериментальной проверки работы электромагнитных ускорителей масс я выбрал Пушку Гаусса. В качестве перемещаемого тела в пушке Гаусса использовалось тело из ферримагнитного материала (снаряд). Процесс ускорения массы наблюдался в момент разрядки конденсатора, когда в катушке индуктивности нарастал электрический ток, и магнитная сила, действующая на снаряд, увеличивалась.

Характеристики модели и расчеты

Приборы и материалы:

• 2 конденсатора ёмкостью 3300мкФ и 4 конденсатора ёмкостью 500мкФ
• Диод (1N4007)
• Тиристор (70TPS12)
• Лампа накаливания и патрон к ней
• Батарейки, общее напряжение которых 6В
• Пусковая кнопка
• Эмалированный провод длинной 115 м и толщиной 0,5 мм
• Корпус из фанеры толщиной 2 см

Формулы

• Энергия электрического поля конденсатора: Wc = CU 2 /2
• Кинетическая энергия снаряда: E = mv 2 / 2, где скорость снаряда вычислялась по формуле: v = l√g/2h
• КПД установки: КПД=Е/Wc*100%

Вывод

В своей исследовательской работе, я подробно изучил электромагнитные ускорители, выяснил, где они применяются. Самостоятельно сделал действующую модель пушки Гаусса, на которой провел серию экспериментов. Перспективы использования пушки Гаусса, в будущем, очевидны. Компактные и мощные источники электрического тока и высокотемпературные сверхпроводники (200—300)К и усовершенствованные ЭУМ, будут широко применяться в промышленности, науке, быту и военном деле.