Магніти. Котушка Томсона

Інформація надана виключно з освітньою метою!
Адміністратор сайту не несе відповідальності за можливі наслідкивикористання наданої інформації.


ЗАРЯЖЕНІ КОНДЕНСАТОРИ СМЕРТЕЛЬНОНЕБЕЗПЕЧНІ!

Індукційний прискорювач (дискомет) (induction coil gun) являє собою різновид електромагнітного прискорювача мас і працює на основі взаємодії вихрових струмів, що індукуються в замкненому провідному снаряді (диску) змінним магнітним полем, зі струмом, що створює це магнітне поле. У цьому взаємодії виникає сила відштовхування, що надає прискорення снаряду. Чим швидше швидкістьзміни магнітного потокутим більше індуковані вихрові струми і тим сильніше відштовхування снаряда.

Такий пристрій був винайдений американським інженером та винахідником Еліу Томпсоном ( Elihu Thompson):

Тому такий прискорювач часто називають " Thompson gun".

На відміну від гармати Гауса, в індукційному прискорювачі використовуються неферомагнітні снаряди (з міді чи алюмінію). Причому алюміній краще, ніж мідь, так як його щільність (2,7 г/см 3) менше, ніж у міді (8,9 г/см 3), в 3,3 рази, а питомий опір(0,028 Ом·мм 2 /м) більше, ніж у міді (0,0175 Ом·мм 2 /м), лише в 1,6 рази.
Для зменшення опору снаряда і зростання вихрових струмів можна охолодити його (наприклад, рідкому азотіз температурою кипіння 77 К). Зменшення питомої електричного опоруматеріалу снаряда при цьому характеризується коефіцієнтом $\alpha = (((\rho)_(295 K)) \over ((\rho)_(77 K)))$, що показує зменшення опору охолодженого до 77 До порівняно з кімнатною температурою 295 До. Для алюмінію та її сплавів $\alpha$ = 2 ... 15.

Стрибне кільце
У класичному варіанті (" ring launcher" або " jumping ring") індукційний прискорювач містить котушку (2), намотану на феромагнітний сердечник (1). На сердечник одягається кільце (5):

При замиканні ключа (4) заряджений конденсатор (3) розряджається на котушку, де виникає імпульс струму. Змінне магнітне поле, що створюється імпульсом струму, сконцентроване в сердечнику, пронизує кільце і наводить в ньому вихрові струми. Взаємодія вихрових струмів з магнітним полем призводить до виникнення сили відштовхування, що змушує кільце злітати нагору.
Саме з таким пристроєм Томпсон провів перші досліди у 1887 році.

Ось схема такої установки із статті Felix Waschke, Andreas Strunzі Jan-Peter Meyn "A safe and effective modification of Thomson's jumping ring experiment", опублікованій у журналі European Journal of Physics, Volume 33, Number 6:

Такий досвід люблять проводити у навчальних закладах, живлячи котушку Lчерез ізолюючий трансформатор TVвід автотрансформатора LT, підключеного до електромережі (через мережеву вилку XT):

Використання автотрансформатора дозволяє змінювати напругу (і струм) у котушці.

Ось приклад такої установки, що випускається бразильською компанією Cidepe:

А ось демонстраційне встановлення університету King Fahd University of Petroleum & Minerals:
...

Дискомет
Також цікавим є варіант індуційного прискорювача - дискомета (" disc launcher"/"disk shooter" або " washer launcher"):

Змінний струм, що протікає по котушці (1) і створює змінну магнітне поле біля неї, зазвичай генерується при розряді зарядженого конденсатора (2) на цю котушку. Для комутації як ключ (3) при цьому можна використовувати тиристор. Диск (4) під дією електромагнітної силирухається нагору.

Подібний дискомет описано на сторінці PowerLabsдослідника Sam Barros:

Для живлення плоскої котушки з 7 витків, намотаною багатожильним мідним дротом діаметром 3 мм (перетин 16 мм 2), використовується батарея з двох конденсаторів загальною ємністю 12600 мкФ на напругу 450 В (максимальна енергія 1,3 кДж). Конденсатори комутуються на котушку тиристором (300 А/1200). У дослідах використовувався алюмінієвий диск масою 70 г.

Опис ще одного дискомета наведено на сторінці EMP HDD Launcherна сайті Instructables. У цьому прискорювачі використовується батарея з 20 конденсаторів ємністю 100 мкФ, що заряджаються до напруги 400 В. Алюмінієвий диск під час пострілу підкидався на 10 футів вгору. На цій фотографії зображено момент зльоту диска:

Видно яскравий спалах при замиканні ключа. Ключ є оригінальною конструкцією, що утримується у вимкненому стані натягнутою ниткою:

Індукційний дискомет з конденсаторною батареєю, що заряджається до напруги 900 В, описано на сторінці Washer launchersдослідника :


Одним із вищих досягнень цього непересічного дослідника можна вважати дискомет, що містить батарею конденсаторів загальною ємністю 1500 мкФ під напругою 2кВ.

Переваги та недоліки
Перевагою
Індукційним прискорювачем є високий ККД і відсутність необхідності переривати імпульс струму (на відміну від гармати Гауса).

Недолікоміндукційного дискомета можна вважати неаеродинамічної форми снарядів.

Моя експериментальна установка

Я створив експериментальний індукційний прискорювач, основними елементами якого є:

котушка - Плоска спіралеподібна котушка ( flat spiral coil,часто називається pancake coil):

Для підвищення міцності котушки я залив її "епоксидкою", оскільки більша швидкість зміни магнітного полявикликає деформацію котушки.

Індуктивність $L$, мкГн, такої котушки визначається виразами ( http://www.deepfriedneon.com/tesla_f_calcspiral.html):
$A = ((D_i + N (W + S)) \over (2))$
$L = ((N^2 + A^2) \over (30 A - 11 D_i))$,
де $D_i$ - внутрішній діаметр у дюймах, $N$ - кількість витків, $W$ - діаметр дроту у дюймах, $S$ - відстань між витками у дюймах

За формулою Wheeler (http://www.pulsedpower.eu/toolbox/toolbox_inductances.html):
$L = 31,33 (\mu)_0 (N^2) (((R)^2) \over (8 R + 11 W))$

Також існує схожа формула ( http://www.pulsedpower.eu/toolbox/toolbox_inductances.html):
$L = (N^2) (((R)^2) \over (8 R + 11 W))$,
де $R$ - середній радіус котушки в дюймах, $N$ - кількість витків, $W$ - ширина намотування в дюймах

Для моєї котушки діаметр дроту без ізоляції = 0,7 мм, діаметр дроту з ізоляцією = 2 мм, число витків = 9, внутрішній діаметр = 10(?) мм, зовнішній діаметр = 48 мм, ширина намотування = 17 мм, середній радіус = ...мм.
Розрахункова індуктивність котушки, мкГн:
за формулою (1) - ...,
за формулою (2) - ...,
за формулою (3) - ....

Омічний опір котушки становить менше 0,5 Ом.

конденсатор - Акумулятор з двох конденсаторів:

680 мкФ на напругу 400;
220 мкФ на напругу 450 В
(загальна ємність становила 900 мкФ)

тиристор - тиристор - тиристор швидкодіючий штирьового виконання: "125" означає максимально допустимий діючий струм (125 А); " 9 " означає клас тиристора, тобто. імпульсна напруга, що повторюється, в сотнях вольт (900 В).
зовнішній вигляд:

розміри:

Для заряду конденсатора я зібрав схему однонапівперіодного подвоювача напруги з живленням від побутової електромережі:

Неонова лампа La1, підключений через обмежуючий струм резистор R1використовується для індикації наявності напруги мережі. Резистор R2обмежує зарядний струм. Конденсатор C1та діоди D1і D2утворюють помножувач напруги для заряду конденсатора C2. Напруга заряду контролюється мультиметром V.

Заряд батареї конденсаторів до 380 В триває 170 с.

Схема силової частини індукційного прискорювача має такий вигляд:

Для включення тиристора VSя використовую дві батареї формату AAна 1,5 В ( GB).
Паралельно котушці включений захисний діод VD UF5406.

Пікове значення струму в котушці не перевищує $I_(peak) = (U(\sqrt((C)\over()L)))$.

Результати експериментів

Перші досліди я провів із вирізаним із металевої пробки від пляшки дном:
...

Результати дослідів виявилися такими:

Напруга, Висота підйому, см
300 22
350 33
380 47

Недоліками такого снаряда є його мала товщина та неаеродинамічна форма.

Далі буде.

Шість дослідів із котушкою Томсона

Котушка Томсона - нескладний прилад, з яким раніше демонстрували під час уроків фізики різні ефекти, що виникають при взаємодії провідників зі змінним магнітним полем. На шкільних концертах з його допомогою показували кумедні елект-рефокуси, влаштовували веселі вечорицікавої науки.

Уявіть сцену, на ній - стіл, покритий скатертиною. Ви кладете на стіл алюмінієве кільце, і воно раптом зненацька злітає вгору. Сковорода, поставлена ​​на стіл, сама по собі нагрівається, і вода, налита в неї, закипає. електрична лампа, хоч до неї і не тягнуться дроти... Ось такі кумедні досліди демонстрували школярі... сховавши котушку Томсона під стіл (рис. -J). Сподіваємось, вони прикрасять і ваш шкільний вечір. Щоправда, котушка Томсона збереглася, мабуть, не у всіх фізичних кабінетах, тому доведеться виготовити її самим.

Хотілося б відразу попередити: цей прилад розрахований на великий струм приблизно 10-13 ампер, тому користуватися котушкою Томсона можна тільки в приміщенні, де є відповідна силова проводка. І звісно, ​​у присутності вчителя. Працюватимемо з напругою 127 В, тому вам знадобиться понижувальний трансформатор.

Спершу розповімо, як зробити котушку Томсона. Вона збирається з-дерев'яного каркаса, залізного сердечника та обмотки (рис. 1). Сердечник набраний з пластин трансформаторної сталі шириною 50 мм і- довжиною 380 мм. (Якщо у вашому розпорядженні виявляться пластини іншої шири-

нини, кількість їх має бути такою, щоб площа осердя була не менше 25 см 2 .)

Пластини покрийте лаком з кожного боку. Заізольовані таким чином пластини зберіть у пакет, вставте його в каркас.

Нещільно підігнані пластини «гудітимуть», і глядач одразу виявить це. Тому перед укладанням пластин у каркас покрийте їх епоксидним клеєм. Сердечник може зробити і зі шматків сталевого відпаленого дроту діаметром 2-3 мм. Вибирайте тільки м'який дріт» пружна, сталіста не годиться. Шматки дроту пофарбуйте фарбою. Якщо ви збиратимете сердечник з дроту, отвір у каркасі котушки потрібно збільшити до площі 36 см 2 . Перед укладанням дріт теж змастіть епоксидним клеєм, щоб вийшов монолітний пучок-сердечник.

По зібраному осердя склейте з фанери каркас котушки. Обмотка виконується виток до витка дротом діаметром 2,4 мм з подвійною паперовою ізоляцією. В одному шарі має вміститися близько 90 витків. А всього їх 9. Кожен шар промажте лаком швидковисихаючим, а потім оберніть обмотку калькою. І так кожний шар.

Випробовувати готову котушку можна лише після того, як


ДОСВІДІ-ФОКУСИ З КАТУШКОЮ ТОМСОНА

Котушка Томсона -прилад, що демонструє ефекти, що виникають при взаємодії провідників зі змінним магнітним полем. З нею можна показувати кумедні електрофокуси, наприклад, сховавши котушку під стіл.

Котушка розрахована на великий струм, приблизно 10-13 ампер, тому користуватися нею можна тільки в приміщенні, де є відповідна силова проводка, у присутності вчителя. При напругі живлення 127 В потрібен понижувальний трансформатор.
Як зробити котушку Томсона?

Вона збирається з дерев'яного або пластикового каркасу, залізного сердечника та обмотки. Сердечник набраний із пластин трансформаторної сталі шириною 50 мм і довжиною 380 мм. (Якщо у вашому розпорядженні виявляться пластини іншої ширини, кількість їх має бути такою, щоб площа осердя була не менше 25 кв.см.
Пластини треба покрити лаком з кожного боку, зібрати в пакет та вставити його в каркас.
Нещільно підігнані пластини. Тому перед укладанням пластин у каркас покрийте їх епоксидним клеєм.

Серце можна зробити і зі шматків сталевого відпаленого дроту діаметром 2-3 мм. Вибирайте тільки м'який дріт» пружна, сталіста не годиться. Шматки дроту пофарбуйте фарбою. Якщо ви збиратимете сердечник з дроту, отвір у каркасі котушки потрібно збільшити до площі 36 см2. Перед укладанням дріт теж змастіть епоксидним клеєм, щоб вийшов монолітний пучок-сердечник
За розмірами зібраного осердя зробіть каркас котушки.

Обмотка виконується виток до витка дротом діаметром 2,4 мм з подвійною паперовою ізоляцією. В одному шарі має вміститися близько 90 витків. А всього їх 9. Кожен шар промажте лаком швидковисихаючим, а потім оберніть обмотку калькою. І так кожний шар. Випробовувати готову котушку можна лише після того, як лак затвердіє. Під час демонстрації дослідів слідкуйте, щоб обмотка не перегрівалася. А тепер розповімо про самі досліди-фокуси.

Досвід I

Отже, котушка схована під столом. Ви берете масивну алюмінієву сковороду, наливаєте в неї трохи води та ставите на стіл, попередньо поклавши на нього шматок азбесту. За вашим (звичайно, непомітним для глядача) сигналом помічник, що знаходиться за лаштунками, включає струм, і через деякий час вода в сковороді закипає.

Відбувається це тому, що під дією змінного магнітного поля котушки у сковороді виникають вихрові струми. Їх ЕРС ( електрорушійна сила) - Частки вольта, зате величина струмів велика. Внаслідок цього, незважаючи на незначний опір самої сковороди, на поверхні її відбувається інтенсивне виділення тепла.

Якщо вода википить, сковорода може сильно нагрітися. Тому досвід потрібно проводити з обережністю та не забувати про азбестову прокладку.

Чому ж нагрівається сковорода, а чи не кришка столу?
Чому до столу можна вільно піднести руку, якщо, звичайно, на ній немає металевих предметів, наприклад, годинника чи кільця?

Адже і в кришці столу, і в руці теж виникають вихрові струми, але через високий опор величина їх незначна, і тепла виділяється небагато.
Якщо ж частоту струму змінного магнітного поля збільшити, що цілком можливо в промислових умов, то відповідно зросте та одержуване тепло. І тоді можна, наприклад, висушувати сирі дошки. Дерево при цьому прогрівається рівномірно - зсередини і зовні - і швидко висихає. Цим самим способом лікарі в кабінетах фізіотерапії лікують нежить (УВЧ). Змінне електромагнітне поле використовується і в металургії, наприклад при виплавці якісних сортів сталі.

Досвід 2

На столі лежить алюмінієве кільце. Раптом воно високо підстрибує та падає.

Причина такого незвичайної поведінкикільця – теж вихрові струми. Протікаючи по кільцю, вони перетворюють його на електромагніт. Напрямок струму в кільці та в котушці Томсона змінюється 50 разів на секунду. Причому, якщо на верхньому кінці осердя котушки виникає північний магнітний полюс, то на нижній поверхні кільця теж встановлюється такий самий полюс. І навпаки.

однойменні магнітні полюсияк відомо, відштовхуються. Ось тому обручка і підстрибує над столом.

Цей досвід можна показати і по-іншому: пропустіть через кільце тонку непомітну нитку, і кільце висітиме над столом, злегка вібруючи. А можна змусити його вільно ширяти.

На одній із міжнародних виставокна початку п'ятдесятих років за допомогою подібного пристрою демонструвалася сковорода, що ширяла в повітрі, на якій смажили яєчню.

До речі, цей фокус став у нагоді в металургії, при плавці надчистих металів. Металурги знають, як важко зберегти метал, що виплавляється, чистим – будь-який дотик до тиглю (ємності для металу) призводить до забруднення. І вони знайшли вихід – плавку без тигля. Використовуючи левітацію, шматок металу підвішують у вакуумі, і він плавиться, що нагрівається вихровими струмами.

Досвід 3

Зробіть із фанери або картону приймальну котушку. Намотайте на котушку 1500 витків лакованого дроту діаметром 0,25 мм і з'єднайте кінці з патроном. Потім пригвинтіть до верхньої щоки котушки патрон і вставте в нього 15-ватну лампу на 127 В. Котушку та патрон обклейте кольоровим папером, щоб вийшла конусоподібна коробочка. Повільно наближайте лампу до столу - у міру наближення до захованої під столом котушки вона загорятиметься все яскравіше і яскравіше. Пояснюється все просто: індукційні струмиу змінному магнітному полі утворили у витках котушки струм, від нього і спалахує лампа.

Весь цей пристрій нагадує. трансформатор, первинна обмотка якого захована під столом, а вторинна - в руках експериментатора. Можна взяти лампу меншої потужності, наприклад від кишенькового ліхтаря або неонову. Свічення їх буде помітно ще більшій відстанівід столу. Особливо цікавий результатвиходить від застосування світлодіода, адже для його свічення досить зовсім небагато енергії. Прийому котушку в цьому випадку можна зробити розміром з перстень.

Досвід 4

Приклейте приймальну котушку на дно паперової моделі автомобіля. Через будь-який діод, здатний витримати струм 0,5 А, приєднайте її до мікроелектродвигуна. Автомобіль у цьому випадку їздитиме по столу без батарей, отримуючи енергію від електромагнітного поля. При цьому врахуйте, що електродвигун та інші металеві деталі іграшки можуть перегрітися та вийти з ладу, тому показуйте досвід не більше 30-40 секунд.

Цей досвід демонструє стару ідею передачі енергії без дротів.
У багатьох країнах розробляються проекти космічних ракет, які отримують енергію з лазерного променя. Припускають, що такий спосіб передачі енергії буде корисним навіть за міжзоряних перельотів.

Досвід 5

На стіл ставлять скляну чашу із водою. У неї пускають порожнисту металеву кулю. При включенні котушки Томсона шар починає обертатися навколо горизонтальної осі. Досвід демонструє принцип дії найпростіших двигунів змінного струму. Індукційні струми, що виникають на поверхні кулі, як би прагнуть підняти одну з його половинок. Так виникає обертання.

На цьому принципі працює електролічильник, у якого ротором є звичайний алюмінієвий диск.
До речі, у високочастотному електромагнітному полі ротор двигуна можна розкрутити до мільйонів обертів за хвилину. Цей принцип обертання закладено, наприклад, в установках, які застосовуються вивчення міцності конструкцій і матеріалів.

Досвід 6

Налийте у тарілку солону водуі поставте її на стіл. Увімкніть котушку Томсона, і на поверхні води з'являться хвилі. Щоб їх було добре видно глядачам, направте на тарілку світло, від ліхтаря так, щоб відбиття від поверхні води спроектувалося на стіні.

Тут вихрові струми електромагнітного поля, що виникають у рідині, мають на неї таку ж дію, як на звичайні провідники. У промисловості це явище використовують при перемішуванні розплавленої сталі.

На питання Чи спроможний магнетрон вивести з ладу аудіо-апаратуру сусіда? заданий автором Пороситинайкраща відповідь це Складно, але технічно реалізовано.
По-перше, треба примудритися зняти з мікрохвильової печі всі системи блокування. По-друге, треба примудритися розібрати цю мікрохвильову піч, щоб відкрити вихід резонатора. По-третє, треба цей вихід поставити у фокус параболічної антени (у просторіччі "тарілки"). По-четверте, треба примудритися наосліп спрямувати цю тарілку точно на апаратуру, а не на сусіда. Бо якщо на сусіда – то це реально стаття. Власне, навіть решта теж стаття, але просто інша (адміністративка замість КК).
При цьому технічної гарантії все одно ніякої ... Не факт, що потужності магнетрону вистачить для того, щоб підсмажити апаратуру на невеликій відстані за наявності якої-небудь, а екранування, до того ж ідеально тарілка повинна бути не параболічної, а еліптичної - а таку де ж узяти... ну і ще сорок бочок різних причин.

Відповідь від 22 відповіді[гуру]

Привіт! Ось добірка тим із відповідями на Ваше запитання: Чи здатний магнетрон вивести з ладу аудіо-апаратуру сусіда?

Відповідь від Євген Смородинов[гуру]
ні. а ось тебе може і опромінити трохи.


Відповідь від Невропатолог[гуру]
Для цього потрібно повна відсутністьмізків у голові. Не майся дурницею, НВЧ ще нікому на користь не йшло, зварені на живу руки - це, мабуть, боляче.


Відповідь від Допомогти[гуру]
Для цього тобі доведеться засунути його в апаратуру. Крім того, тобі це завдасть більше шкоди, з магнетроном грати погана ідея.


Відповідь від Урій Гвоздєв[гуру]
Може. Якщо використовувати його замість каменю.


Відповідь від Катерина Кисельова[гуру]
дай йому люлів і ділу край


Відповідь від Навігатор[гуру]
Цей магнетрон занадто слабкий .... а от якщо піднести МІ-268 .... до дифузору гучномовця СОСЕДа-і різко відійти, реально просто порвати йому котушку на динаміці .... в принципі-якщо опинитися в квартирі цього СОСЕДа-то ж саме можна зробити простим ШИЛОМ кравецькою голкою.


Відповідь від Володимир В'ялков[гуру]
твій сусід теж колись спить скористайся моментом


Відповідь від Vadim dvoeglazou[гуру]
цікавий сайт про досліди з магнетроном і не тільки


Відповідь від Андрій Котоусов[гуру]
Не ускладнюйте з мікрохвильовою піччю. Продірявте в стіні трохи відведення і встановіть в нього мікрофон типу "Шурхіт". Одну ніч треба упокоритися, поставивши апаратуру на запис. Далі, на світанку, годині о пів-п'ятій, включайте їх музику, направивши колонки в їхню стіну. Припустимо, що вони викличуть міліцію, але на вашому записі гучні голоси їхньої компанії)) Ідея зрозуміла.. .
Правда, мій приятель так спалив свої стовпчики в машині на дачі, але відвчив сусідів бузити ночами.