Пушка Гауса

Воспитанники ЦМИТ#1 Гущин Влидислав, Мкртчян Рубен и Иванов Дмитрий изготовили модель пушки Гаусса. Руководитель проекта Алексей Александрович Алексеев.

Пушка Гаусса - одна из разновидностей электромагнитного ускорителя масс. Названа по имени немецкого учёного Карла Гаусса, заложившего основы математической теории электромагнетизма.

В основе пушки Гауса мощная катушка электромагнита, расположенная на стволе. Пушка питается от напряжения 220В, от которого заряжается конденсатор. При нажатии кнопки конденсатор разряжается на катушку, которая придает ускорение снаряду. Снаряды ребята изготовили из гвоздей.

Схему составляли исходя из наличия деталей. После многочисленных экспериментов выбрали оптимальное решение схемы и конструкции. Детали корпуса проектировали в программе КОМПАС-3D и печатали на 3D-принтере Picasso3D.

Проект представили на выставке, которая проходила в филиале 31 марта в рамках Саммита заместителей руководителей школ Петровского района.

Цель

Изготовить прибор, наглядно демонстрирующий принцип действия электромагнитного ускорителя масс.

Из всех типов электромагнитных ускорителей пушка Гаусса наиболее проста в изготовлении. Кроме того, она имеет довольно высокий по сравнению с другими электромагнитными стрелялками КПД. Может работать на относительно низких напряжениях не сложно достижимых на практике, с использованием современных комплектующих деталей.

Задачи

1. Изучить принцип действия электромагнитного ускорителя масс

2. Изготовить пушку Гаусса с использованием современного оборудования Центра Молодежного Инновационного Творчества #1 Петровск

3. Провести анализ результатов эксперимента

Принцип действия

Пушка Гаусса состоит из соленоида, внутри которого находится ствол. В один из концов ствола вставляется снаряд (сделанный из ферромагнетика). При протекании электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, которое разгоняет снаряд, «втягивая» его внутрь соленоида. На концах снаряда при этом образуются полюса, ориентированные согласно полюсам катушки, из-за чего после прохода центра соленоида снаряд притягивается в обратном направлении, то есть тормозится.

Для наибольшего эффекта импульс тока в соленоиде должен быть кратковременным и мощным. Как правило, для получения такого импульса используются электролитические конденсаторы с высоким рабочим напряжением.

Параметры ускоряющих катушек, снаряда и конденсаторов должны быть согласованы таким образом, чтобы при выстреле к моменту подлета снаряда к соленоиду индукция магнитного поля в соленоиде была максимальна, но при дальнейшем приближении снаряда резко падала. Стоит заметить, что возможны разные алгоритмы работы ускоряющих катушек.

Детали и материалы

Лампочка 220В 40Вт

Диодный мост

Блок конденсаторов общей емкостью 1150Мкф

Медный провод диаметром 0,8 мм

Кнопка

Тиристор на 25Ампер

Пластик для 3D принтера

Ход работы

В качестве ствола использовали алюминиевую трубку. Соленоид намотали медным проводом около 500 витков в несколько слоев, длина обмотки 3 см должна совпадать с длиной патрона. Схему зарядного устройства конденсаторов собрали на диодном мосте. Диодный мост, а также сами конденсаторы взяли из старых компьютерных блоков питания. Лампочку использовали вместо резистора на 100 Ом для ограничения тока заряда конденсаторов. Она загорается в момент заряда конденсаторов, поэтому может использоваться как индикатор. Заряжаются конденсаторы от сети 220В. Затем при нажатии кнопки конденсаторы разряжаются на катушку. Поскольку ток разряда слишком большой использовали тиристор. Снаряды изготовили из гвоздей. Все детали корпуса спроектировали в программе КОМПАС-3D и затем напечатали на 3D-принтере.

Заключение:

Процесс стрельбы выглядит так: включаем вилку в розетку; сразу вспыхивает лампочка, затем медленно гаснет; опускаем в ствол снаряд; выключаем питание, хотя это не обязательно; прицеливаемся и нажимаем на кнопку спуска. Результат во многом зависит от массы снаряда.

Схема