实验与制作
一. 做一个有趣的电磁炮
为什么电源开关合上后缝衣针会飞出呢?
这可以通过
K为单刀双掷开关,C为容量较大的电解电容,L为电磁炮的驱动线圈(自制), 实验时先将K扳向1, 使C处于充电状态, 然后将K扳向2, 这时C进入放电状态, 电容C内的约0.1库的电量在1毫秒之内通过L进行放电, 形成瞬间强大放电流(近100A), 从而产生一个瞬态较大的磁场力, 使电磁炮管内的缝衣针很快飞出.
电磁炮的驱动线圈是用直经0.5毫米的漆包线在外经6毫米的空心玻璃管上乱绕50匝即可, 电磁炮的” 炮弹” 可用大头针或细铁丝替代.
实验时E取24V , C取4000微法, 大头针一般可达0.3米,同学看你的实验效果能超过0.3米多少?
二关于电磁炮实验的问题与思考
1电磁炮实验中线圈L若与直流电源E直接相连能否使大头针飞出? 为什么?
2大头针在炮管内的放置位置与射程是否有关? 你实验研究结果大头针针尖距L左端多少毫米为最佳?
3电源E的电压高低, 与射程是否有关? 试一下并说明其原因?
4电容器C的电容量与射程是否有关? 通过多个电容器并联或串联改变电容器的总容量试一下射程和效果,并请分析和说明其原因?
5提高电磁炮射程除上述几种方法以外还可采用什么方法?
自己简易电磁炮的制作 电磁炮原理的奠基人
_____洛仑兹:洛仑兹是荷兰物理学家,数学家,1853年7月18日生于阿纳姆附近.1870年考入莱顿大学学习数学,物理学.1875年,他取得博士学位,24岁起任莱顿大学理论物理学教授,达成35年之久.他是世界上许多科学院的院士. 洛仑兹在物理学上的主要贡献是创立了经典电子论,并为相对论的诞生进行了奠基性的研究
电磁炮的简易原理
电磁炮是利用强脉冲电磁能来发射炮弹,而一般炮是利用火药的化学能来发炮弹的.电磁炮在发射炮弹时在炮弹中通过强脉冲电流,并在发射架的强脉冲磁场的同时作用下受到强大的推动力而发射出去.也可以利用相同的原理来发射电磁导弹,其费用低于一般火箭发射.但电磁炮和电磁导弹都还处于试验阶段.
电磁炮的种类
(一)线圈炮:线圈炮又称交流同轴线圈炮.它是电磁炮的最早形式,由加速线圈和弹丸线圈构成.根据通电线圈之间磁场的相互作用原理而工作的.加速线圈固定在炮管中,当它通入交变电流时,产生的交变磁场就会在弹丸线圈中产生感应电流.感应电流的磁场与加速线圈电流的磁场互相作用,产生洛仑兹力,使弹丸加速运动并发射出去.
(二)轨道炮:轨道炮是利用轨道电流间相互作用的安培力把弹丸发射出去.它由两条平行的长直导轨组成,导轨间放置一质量较小的滑块作为弹丸.当两轨接人电源时,强大的电流从一导轨流入,经滑块从另一导轨流回时,在两导轨平面间产生强磁场,通电流的滑块在安培力的作用下,弹丸会以很大的速度射出,这就是轨道炮的发射原理.
(三)电热炮:电热炮的原理完全不同于上述两种电磁炮,其结构也有多种形式.最简单的一种是采用一般的炮管,管内设置有接到等离子体燃烧器上的电极,燃烧器安装在炮后膛的末端.当等离子体燃烧器两极间加上高压时,会产生一道电弧,使放在两极间的等离子体生成材料(如聚乙烯)蒸发.蒸发后的材料变成过热的高压等离子体,从而使弹丸加速.
(四)重接炮:重接炮是一种多级加速的无接触电磁发射装置,没有炮管,但要求弹丸在进入重接炮之前应有一定的初速度.其结构和工作原理是利用两个矩形线圈上下分置,之间有间隙.长方形的"炮弹"在两个矩形线圈产生的磁场中受到强磁场力的作用,穿过间隙在其中加速前进.重接炮是电磁炮的最新发展形式.
电磁炮有哪些好处
电磁炮是利用电磁能发射各种弹丸的武器,初速极快,加速度可调,命中率高,重量轻,无须发射药,作为动能武器时甚至没有爆炸物,对发射系统磨损轻,现有试验初速已可达4千米/秒即10倍音速,未来可以进一步提高,目标是达到25倍音速以上,可以吧卫星直接发射入轨.
加速度和后坐力可调,如果打击飞机坦克,弹丸不需很大,后坐力应该很小.长度如果太短,恐怕后坐力会增大,所需电流会增大,但是由于没有磨损,所以可以做得很轻.
作为坦克炮,装在未来全电坦克上不成问题,现有坦克则必须解决电源问题.反导用的也可以改装在坦克底盘上,不过就不能叫坦克了.
电磁炮也能用来发射卫星
将这一理论上的可能变为实际,还需要解决以下几个问题:
首先,实验电磁炮的加速度太大,人无法承受.这个问题只有一个解决方法,那就是延长加速时间.然而这必须以采用更长的轨道为代价.由于人体只能承受大约3_倍重力加速度的长时间加速,满足人体耐受能力的电磁炮所需的轨道长度(经计算,为达到第一宇宙速度,约需1000千米!)在技术上难以实现,看来我们暂时只能考虑专作货运发射的了,这样在加速度方面的要求就可大大放宽._
第二,如果把电磁炮水平安装在地面上,飞出炮口后的炮弹仍然会在大气阻力下很快减速,难以顺利达到环绕地球轨道,为此,用于航天发射的电磁炮必须将出口设置在空气稀薄的高山之巅,海拔8848米的珠穆朗玛峰自然是首选地点,当然旅游业和环保组织肯定会反对,如何同他们交涉,就看宇航局的实力和有关人员的口才了.
第三,目前电磁炮能够发射的炮弹质量仍然不大,这是加速能力不足造成的 .
关于电磁炮的第四个技术问题和第三个相关,因为在磁场不够强的情况下,要想提高加速能力就只能让炮弹通过足够大的电流.于是就产生了大电流发热和炮身烧蚀等麻烦.幸好这些麻烦对于航天发射不太重要,因为作为武器的电磁炮得严格限制长度,而作为发射工具,几千米甚至十几千米的炮身并不算问题,只是对建设施工时的作业精度要求较高罢了.
微型电磁炮是大型电磁炮的小型化,所以原理是相同的。 电磁炮有四大基本原理模型:线圈炮,轨道炮,电热炮,重接炮。 线圈炮利用与通电螺线管相似的加速线圈作为炮管,在瞬时脉冲电流的作用下产生强磁场驱动铁磁性弹丸运动,实现发射的目的，多级线圈炮就是通过螺线管阵列。使同一炮管长度下的加速时间延长。 轨道炮利用两跟平行金属导轨作炮管。子弹卡在两导轨之间，通过瞬时脉冲电流，两导轨产生强磁场，并由安培力推动子弹运动,由于子弹是闭合电路的一部分，射出后系统自动断电。 电热炮是在弹丸后加有特殊导体在通过强电流时,该导体瞬间气化,并推动子弹运动。 重接炮是一种特殊的感应型线圈炮，和线圈炮差别在于驱动线圈排列和极性不同，而弹丸需要是实心耐冲击非铁磁材料良导体，主要工作方式是“磁力线重接” 目前电磁炮没有单单只使用一种理论的，都是上述的综合,比如导轨线圈炮等。
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