¿Cómo construir una fuente de campo magnético constante para un "cañón de riel"?

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Estoy tratando de construir un dispositivo similar a Railgun. Tendrá dos rieles y una barra móvil conductora en el medio. Por un lado, voy a proporcionar una fuente de voltaje y una resistencia. Si lo pongo en un campo magnético lo suficientemente fuerte, se moverá. La idea es que el dispositivo funcione como demostración de fuerzas detrás de un motor eléctrico, por lo que no necesito una alta velocidad para la barra.

Aquí hay un bosquejo:

Entonces, tengo una fuente de voltaje E, resistencia R, barra cuya longitud es A y campo magnético B.

Si mi cálculo es correcto, la fuerza cuando la barra no se mueve debería ser $ F_m = IAB $. No necesito mucha fuerza, así que supongo que 5 mN sería más que suficiente. La fuente de alimentación podría ser un problema. Debería poder alcanzar 1,3 A sin muchos problemas, pero cualquier cosa superior será problemática, ya que no puedo obtener una buena correspondencia entre la disipación de potencia de la resistencia y las limitaciones de mi fuente de alimentación.

Ya que no puedo obtener un campo constante perfecto, tendré que comprometerme. Espero que el campo caiga linealmente con A, pero, por otro lado, la fuerza también se volverá más fuerte linealmente con A, por lo que las diferencias deberían cancelarse, si logro hacer todo bien.

Ahora sobre la fuente de campo en sí. Las fuentes más obvias son imanes naturales o imanes eléctricos. Puedo obtener imanes naturales de varios tamaños, pero no tengo sus intensidades de campo magnético. Encontré varios tipos de imanes en tiendas de electrónica locales. Sus composiciones están listadas como AlNiCo500, NdFeB y SmCo5, entonces, ¿cuál sería una buena elección?

Otra opción sería hacer un imán eléctrico, pero no estoy familiarizado con ellos, así que no sé por dónde empezar.

También estoy abierto a otros medios de generar un campo magnético, si faltara alguno.

    
pregunta AndrejaKo

3 respuestas

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Hay una configuración de dos bobinas, conocida como bobina Helmholtz, que se supone produce un campo casi uniforme. La idea es tener dos bobinas separadas por una distancia aproximadamente igual a la del diámetro de las bobinas individuales. Siguiendo con esto, el diámetro de la bobina obviamente tendría que ser aproximadamente el mismo que la longitud de sus rieles, por lo que sería bastante grande en relación con el resto del aparato.

De todos modos, es posible que no necesites un campo exactamente uniforme. Si tenía un campo que no era uniforme, pero simétrico en un plano que divide la línea media de sus rieles, las fuerzas en la barra móvil deberían estar en línea. Podría ser posible producir un campo así utilizando dos bobinas rectangulares, del mismo ancho que la separación del riel, una mitad por encima del plano de los rieles y la otra por debajo.

    
respondido por el JustJeff
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Quizás algunos imanes permanentes de neodimio (imanes NIB) sean adecuados. Bill Beaty ha publicado una lista de lugares que venden imanes de neodimio .

    
respondido por el davidcary
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La elección del campo magnético depende de usted, el campo no tiene que ser uniforme de ninguna manera real a menos que esté tratando de hacer cálculos para determinar constantes, en este caso, mire a Balance de Kelvin . Si conectas en serie la corriente en el conductor y la corriente en el electroimán, la fuerza será proporcional al cuadrado de la corriente, mientras que el campo magnético (sin saturación) y la velocidad (baja emf) permanecerán en las regiones lineales.

La fuerza acelerará la barra hacia afuera de tu 'pistola' a una velocidad que será bastante alta una vez que se supere la fricción (a menos que uses alguna forma de amortiguación) y el experimento será muy breve.

Creo que en realidad estás buscando hacer un motor lineal DC y no una pistola de bobina (atracción magnética) o una rail gun (campo magnético repulsivo auto inducido).

Friction y los errores de guiñada (como los que sufren las grúas de pórtico) en su conductor pueden constituir una Arreglo mecánico bastante poco fiable. La fuerza requerida para superar la fricción estática entre los contactos eléctricos (que intentarán soldar con una corriente razonable) puede ser significativa.

Eche un vistazo a lo siguiente imágenes rotativas de ícono / ícono / ícono / ícono / ícono / ícono a href="https://en.wikipedia.org/wiki/Barlow%27s_wheel"> Rueda de Barlow para mostrar el mismo concepto. La mayoría de las implementaciones exitosas utilizaron mercurio como contacto y esto permitió un arranque confiable con muy baja fricción estática y un contacto eléctrico confiable (especialmente si el mercurio había humedecido el electrodo).

Solo para agregar a aquellos que son nuevos en estas cosas, los compuestos de mercurio a menudo son bastante tóxicos para las formas de vida de varias maneras, elemental mercury , mientras que safe'ish se combina fácilmente con muchos otros elementos y compuestos para formar compuestos tóxicos y la mayoría son muy difíciles de eliminar del medio ambiente o de limpiar en el aula, hay un par de otros aleaciones metálicas que permanecen líquidas a temperatura ambiente que podrían ser adecuadas para estos experimentos, pero no he visto tal descripción hasta la fecha.

    
respondido por el KalleMP

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