Forschungsarbeit. Thema: „Gauss-Pistole, Waffe oder Spielzeug? Beginnen Sie mit der Wissenschaft: Wickeln Sie eine Spule für eine Gauss-Kanone

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1. Einleitung.

Die elektromagnetische Gauß-Pistole ist allen Amateuren bekannt Computerspiele und Fiktion. Es wurde nach dem deutschen Physiker Carl Gauß benannt, der die Prinzipien des Elektromagnetismus untersuchte. Aber sind tödliche Fantasy-Waffen wirklich so weit von der Realität entfernt?

Im Physikkurs an der Schule haben wir gelernt, dass elektrischer Strom, der durch Leiter fließt, um sie herum ein Magnetfeld erzeugt. Je größer der Strom, desto stärker das Magnetfeld. Von größtem praktischem Interesse ist das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule, also einer Induktivität (Solenoid). Wenn eine Spule mit Strom an dünnen Leitern aufgehängt wird, wird sie an der gleichen Position wie die Kompassnadel installiert. Das bedeutet, dass der Induktor zwei Pole hat – Nord- und Südpole.

Die Gauß-Kanone besteht aus einem Magneten, in dessen Inneren sich ein dielektrischer Lauf befindet. In ein Ende des Laufs wird ein Projektil aus ferromagnetischem Material eingeführt. Wenn in der Magnetspule ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld, das das Projektil beschleunigt und es in die Magnetspule „zieht“. An den Enden des Projektils bilden sich Pole, die symmetrisch zu den Polen der Spule sind, wodurch das Projektil nach Passieren der Mitte des Magneten angezogen werden kann umgekehrte Richtung und langsamer werden.

Für die größte Wirkung muss der Stromimpuls im Magneten kurzzeitig und kraftvoll sein. Zur Erzeugung eines solchen Impulses werden in der Regel elektrische Kondensatoren eingesetzt. Die Parameter von Wicklung, Projektil und Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Abfeuern eines Schusses bis zur Annäherung des Projektils an den Magneten die Induktion erfolgt Magnetfeld im Magnetventil war maximal, fiel jedoch bei weiterer Annäherung des Projektils stark ab.

Die Gauß-Kanone als Waffe hat Vorteile, die andere Typen nicht haben kleine Arme. Das ist das Fehlen von Ärmeln, die unbegrenzte Auswahl Anfangsgeschwindigkeit und Munitionsenergie, die Möglichkeit eines lautlosen Schusses, auch ohne Lauf- und Munitionswechsel. Relativ geringer Rückstoß (entspricht dem Impuls des ausgeworfenen Projektils, es gibt keinen zusätzlichen Impuls durch Pulvergase oder bewegliche Teile). Theoretisch höhere Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit sowie die Fähigkeit, unter allen Bedingungen, einschließlich des Weltraums, zu arbeiten. Es ist auch möglich, mit Gauss-Kanonen leichte Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen.

Doch trotz seiner scheinbaren Einfachheit ist seine Verwendung als Waffe mit ernsthaften Schwierigkeiten behaftet:

Geringe Effizienz – etwa 10 %. Dieser Nachteil kann teilweise durch den Einsatz eines mehrstufigen Projektilbeschleunigungssystems ausgeglichen werden, der Wirkungsgrad erreicht jedoch selten 30 %. Daher ist die Gauß-Kanone hinsichtlich der Schusskraft sogar pneumatischen Waffen unterlegen. Die zweite Schwierigkeit ist der hohe und ausreichende Energieverbrauch lange Zeit kumulatives Aufladen von Kondensatoren, was es erforderlich macht, zusammen mit der Gauss-Kanone eine Stromquelle mitzuführen. Durch den Einsatz supraleitender Magnetspulen lässt sich die Effizienz deutlich steigern, allerdings ist dafür ein leistungsstarkes Kühlsystem erforderlich, was die Beweglichkeit der Gauss-Kanone deutlich einschränkt.

Hohe Nachladezeit zwischen den Schüssen, also niedrige Feuerrate. Angst vor Feuchtigkeit, denn wenn sie nass wird, wird der Schütze selbst einen Schock verspüren.

Das Hauptproblem sind jedoch die leistungsstarken Energiequellen der Waffe dieser Moment sind sperrig, was die Mobilität beeinträchtigt

Daher hat die Gauß-Kanone für Waffen mit geringer Tödlichkeit (Maschinengewehre, Maschinengewehre usw.) heute keine großen Aussichten als Waffe, da sie anderen Arten von Kleinwaffen deutlich unterlegen ist. Perspektiven ergeben sich für den Einsatz als großkalibrige Marinewaffe. Beispielsweise wird die US-Marine 2016 damit beginnen, eine Railgun auf dem Wasser zu testen. Eine Railgun oder Railgun ist eine Waffe, bei der ein Projektil nicht mit Hilfe eines Sprengstoffs, sondern mit Hilfe eines sehr starken Stromimpulses geschleudert wird. Das Projektil befindet sich zwischen zwei parallelen Elektroden – Schienen. Durch die Lorentzkraft, die beim Schließen des Stromkreises auftritt, erhält das Projektil eine Beschleunigung. Mit einer Railgun können Sie ein Projektil stark beschleunigen hohe Geschwindigkeiten als zu verwenden Pulverladung.

Das Prinzip der elektromagnetischen Massenbeschleunigung lässt sich jedoch in der Praxis erfolgreich einsetzen, beispielsweise bei der Herstellung von Bauwerkzeugen – relevant und modern Richtung der angewandten Physik. Elektromagnetische Geräte, die Feldenergie in Energie der Körperbewegung umwandeln, haben aus verschiedenen Gründen noch keine breite Anwendung in der Praxis gefunden, daher ist es sinnvoll, darüber zu sprechen Neuheit unsere Arbeit.

1.1Relevanz des Projekts: dieses Projekt ist interdisziplinär und deckt ab große Menge Material, nach dessen Untersuchung die Idee entstand, selbst ein funktionierendes Modell der Gauß-Kanone zu erstellen.

1.2 Zweck der Arbeit: Studieren Sie die Struktur eines elektromagnetischen Massenbeschleunigers (Gauss-Kanone) sowie die Prinzipien seines Betriebs und seiner Anwendung. Bauen Sie ein funktionierendes Modell einer Gauss-Kanone zusammen und bestimmen Sie die Geschwindigkeit des Projektils und seinen Impuls.

Hauptziele:

1. Untersuchen Sie das Gerät anhand der Zeichnungen und Pläne.

2. Studieren Sie den Aufbau und das Funktionsprinzip eines elektromagnetischen Massenbeschleunigers.

3. Erstellen Sie ein funktionierendes Modell.

4. Bestimmen Sie die Geschwindigkeit des Projektils und seinen Impuls.

Praktischer Teil der Arbeit:

Erstellung eines funktionsfähigen Modells eines Massenbeschleunigers zu Hause.

1.3 Hypothese: Ist es möglich, das einfachste funktionierende Modell einer Gauss-Kanone zu Hause zu erstellen?

2. Kurz über Gauß selbst.

Carl Friedrich Gauß (1777–1855) war ein deutscher Mathematiker, Astronom, Landvermesser und Physiker. Die Arbeit von Gauß zeichnet sich durch eine organische Verbindung zwischen theoretischer und angewandter Mathematik und einer Vielzahl von Problemen aus. Die Arbeiten von Gauß hatten großen Einfluss auf die Entwicklung der Algebra (Beweis des Fundamentalsatzes der Algebra), der Zahlentheorie (quadratische Reste), der Differentialgeometrie (innere Geometrie von Oberflächen), der mathematischen Physik (Gauß-Prinzip), der Theorie der Elektrizität und des Magnetismus. Geodäsie (Entwicklung der Methode kleinsten Quadrate) und viele Zweige der Astronomie.

Carl Gauss wurde am 30. April 1777 in Braunschweig, dem heutigen Deutschland, geboren. Gestorben am 23. Februar 1855 in Göttingen, Königreich Hannover, heute Deutschland. Zu seinen Lebzeiten wurde ihm der Ehrentitel „Fürst der Mathematiker“ verliehen. Er war einziger Sohn arme Eltern. Schullehrer waren von seinen mathematischen und sprachlichen Fähigkeiten so beeindruckt, dass sie sich mit der Bitte um Unterstützung an den Herzog von Braunschweig wandten, und der Herzog spendete Geld, um sein Studium an der Schule und an der Universität Göttingen (1795–98) fortzusetzen. Gauß promovierte 1799 an der Universität Helmstedt.

Entdeckungen in der Physik

In den Jahren 1830-1840 widmete Gauß den Problemen der Physik große Aufmerksamkeit. 1833 baute Gauß in enger Zusammenarbeit mit Wilhelm Weber den ersten elektromagnetischen Telegraphen Deutschlands. Im Jahr 1839 erschien Gauß‘ Werk „ Allgemeine Theorie Anziehungs- und Abstoßungskräfte wirken umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung“, heißt es. die wichtigsten Bestimmungen der Potentialtheorie und beweist den berühmten Satz von Gauß-Ostrogradsky. Das Werk „Dioptric Research“ (1840) von Gauß widmet sich der Theorie des Bildaufbaus in komplexen optischen Systemen

3. Formeln zum Funktionsprinzip der Waffe.

Kinetische Energie des Projektils

wobei: die Masse des Projektils und seine Geschwindigkeit ist

In einem Kondensator gespeicherte Energie

wobei: die Kondensatorspannung ist, die Kapazität des Kondensators ist

Entladezeit des Kondensators

Dies ist die Zeit, in der der Kondensator vollständig entladen ist:

Betriebszeit des Induktors

Dies ist die Zeit, in der die EMK der Induktivität auf ihren Maximalwert ansteigt (vollständige Entladung des Kondensators) und vollständig auf 0 abfällt.

wobei: — Induktivität, — Kapazität

Eines der Hauptelemente einer Gauss-Kanone ist ein elektrischer Kondensator. Kondensatoren sind polar und unpolar – fast alle großen Kondensatoren, die in Magnetbeschleunigern verwendet werden, sind elektrolytisch und polar. Das heißt, der richtige Anschluss ist sehr wichtig - positive Ladung Wir wenden das „+“ auf den Ausgang und das negative auf das „-“ an. Das Aluminiumgehäuse des Elektrolytkondensators ist übrigens auch der „-“-Anschluss. Wenn Sie die Kapazität des Kondensators und seine maximale Spannung kennen, können Sie die Energie ermitteln, die dieser Kondensator speichern kann

4. Praktischer Teil

Unsere Spule der Induktivität C hat 30 Windungen (3 Schichten mit jeweils 10 Windungen). Zwei Kondensatoren mit einer Gesamtkapazität von 450 µF. Das Modell wurde nach folgendem Schema zusammengebaut: siehe Anhang 1.

Die Fluggeschwindigkeit eines aus dem „Lauf“ unseres Modells fliegenden Projektils haben wir experimentell mit einem ballistischen Pendel ermittelt. Die Erfahrung basiert auf den Gesetzen der Impuls- und Energieerhaltung. Da die Geschwindigkeit einer Kugel einen signifikanten Wert erreicht, ist eine direkte Messung der Geschwindigkeit, also die Bestimmung der Zeit, die eine Kugel benötigt, um eine uns bekannte Distanz zurückzulegen, erforderlich Spezialausrüstung. Wir haben die Geschwindigkeit des Geschosses indirekt mithilfe des unelastischen Aufpralls gemessen – einem Aufprall, der dazu führt, dass kollidierende Körper zusammenkommen und sich als Einheit weiterbewegen. Ein fliegendes Projektil erfährt einen unelastischen Aufprall auf einen freien Körper größerer Masse. Nach dem Aufprall beginnt sich der Körper mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die um ein Vielfaches geringer ist als die Geschwindigkeit des Geschosses, da die Masse des Geschosses geringer ist als die Masse des Körpers.

Ein unelastischer Stoß zeichnet sich dadurch aus, dass potenzielle Energie Es findet keine elastische Verformung statt; die kinetische Energie der Körper wird ganz oder teilweise in innere Energie umgewandelt. Nach dem Aufprall bewegen sich die kollidierenden Körper entweder mit gleicher Geschwindigkeit oder ruhen. Bei einem völlig unelastischen Stoß gilt der Impulserhaltungssatz:

Wo ist die Geschwindigkeit der Körper nach der Interaktion?

Das Gesetz der Impulserhaltung (Bewegungsmenge) gilt, wenn interagierende Körper ein isoliertes mechanisches System bilden, d äußere Kräfte in irgendeiner Richtung sind gleich Null.

Bei einem inelastischen Aufprall bleibt die kinetische Energie nicht erhalten, da ein Teil der kinetischen Energie des Projektils in innere Energie der kollidierenden Körper umgewandelt wird, aber der Erhaltungssatz der gesamten mechanischen Energie ist erfüllt und kann geschrieben werden:

Wo ist der Zuwachs der inneren Energie interagierender Körper?

4.1 Forschungsmethodik.

Das ballistische Pendel, das wir verwendet haben, ist ein Holzblock mit einer Schicht Plastilin. Ziel M an zwei langen, praktisch nicht dehnbaren Fäden aufgehängt. Auf dem Ziel ist ein Laserpointer montiert, dessen Strahl sich beim Auslenken des Pendels (nach dem Auftreffen des Projektils) entlang der horizontalen Skala bewegt (Abb. 1).

In einiger Entfernung vom Pendel befindet sich eine Gauß-Kanone. Nach dem Aufprall bleibt ein Projektil der Masse m im Ziel stecken M. Das Projektil-Ziel-System ist in horizontaler Richtung isoliert. Da die Länge l es gibt noch viele weitere Threads lineare Abmessungen Ziele, dann kann das „Projektil-Ziel“-System als betrachtet werden mathematisches Pendel. Nach dem Auftreffen des Projektils steigt der Schwerpunkt des Systems „Projektil-Ziel“ auf eine Höhe H.

Basierend auf dem Impulserhaltungssatz in der Projektion auf die x-Achse (siehe Abb. 1) gilt:

Wo ist die Geschwindigkeit des Projektils, ist die Geschwindigkeit des Projektils und des Pendels.

Unter Vernachlässigung der Reibung in der Aufhängung des Pendels und der Luftwiderstandskraft können wir auf der Grundlage des Energieerhaltungssatzes schreiben:

Wo ist die Hubhöhe des Systems nach dem Aufprall?

Der Wert von h kann aus Messungen der Abweichung des Pendels von der Gleichgewichtslage nach dem Auftreffen des Geschosses auf das Ziel ermittelt werden (Abb. 2):

Dabei ist a der Abweichungswinkel des Pendels von der Gleichgewichtslage.

Für kleine Ablenkwinkel:

Wo ist die horizontale Verschiebung des Pendels?

Wenn wir die letzte Formel für die Projektion des Impulserhaltungssatzes auf die Achse einsetzen, finden wir:

4.2 Messergebnisse.

Die Masse m des Projektils haben wir durch Wiegen auf mechanischen Laborwaagen ermittelt:

m = 3 g = 0,003 kg.

Die Masse M des Ziels mit einer Plastilinschicht und einem Laserpointer ist in der Beschreibung des Laboraufbaus angegeben.

M = 297 g = 0,297 kg.

Die Längen der Aufhängefäden müssen gleich sein und die Drehachse muss streng horizontal sein.

In diesem Teil haben wir die Länge der Fäden mit einem Lineal gemessen.

l = 147 cm = 1,47 m.

Nach dem Abfeuern einer mit einem Projektil beladenen Gauss-Kanone wird visuell festgestellt, ob das Geschoss die Mitte des Pendels trifft.

Um weitere Berechnungen durchzuführen, markieren Sie auf der Skala die Position n 0 des Lichtzeigers im Gleichgewichtszustand des Ziels und die Position n des Lichtzeigers bei maximaler Auslenkung des Pendels und ermitteln Sie die Auslenkung S = (n - n 0) des Pendels.

Die Messungen wurden 5 Mal durchgeführt. In diesem Fall wurden wiederholte Schüsse nur auf ein stationäres Ziel abgefeuert. Nachfolgend sind die Messergebnisse dargestellt:

S av = = 14 mm = 0,014 m,

und die Geschwindigkeit ʋ 0 des Projektils wurde anhand der Formel berechnet.

U 0 = =12,96 km/h

Ermittlung von Messfehlern. Die Bestimmung erfolgt nach der Formel: , wobei l₀ der Durchschnittswert der Längen ist, Δ l der durchschnittliche Fehlerwert. Den Durchschnittswert der Längen haben wir bereits in den vorherigen Schritten ermittelt, wir müssen also nur noch den Durchschnittswert des Fehlers ermitteln. Wir ermitteln ihn mit der Formel: Δ l = Jetzt können wir den Längenwert mit einem Fehler zuweisen: Ermitteln des Impulses des Projektils. Der Impuls wird mit der Formel bestimmt: , wobei die Projektilgeschwindigkeit ist. Ersetzen Sie die Werte:

5. Schlussfolgerung.

Der Zweck unserer Arbeit bestand darin, den Aufbau eines elektromagnetischen Massenbeschleunigers (Gauß-Kanone) sowie die Prinzipien seiner Funktionsweise und Anwendung zu untersuchen, außerdem ein Arbeitsmodell der Gauß-Kanone herzustellen und die Projektilgeschwindigkeit zu bestimmen . Die von uns präsentierten Ergebnisse zeigen, dass wir ein experimentelles Arbeitsmodell eines elektromagnetischen Massenbeschleunigers (Gaußkanone) erstellt haben. Gleichzeitig haben wir die im Internet verfügbaren Schaltkreise vereinfacht und das Modell für den Betrieb in einem standardmäßigen industriellen Wechselstromnetz angepasst. Unsere Arbeit lässt uns folgende Schlussfolgerungen ziehen:

1. Es ist durchaus möglich, zu Hause einen funktionierenden Prototyp eines elektromagnetischen Massenbeschleunigers zusammenzubauen.

2. Die Nutzung der elektromagnetischen Massenbeschleunigung hat tolle Aussichten in der Zukunft.

3. Elektromagnetische Waffen können ein würdiger Ersatz für großkalibrige Schusswaffen sein. Dies wird insbesondere bei der Schaffung kompakter Energiequellen möglich sein.

6. Informationsressourcen:

Wikipedia http://ru.wikipedia.org

Neue elektromagnetische Waffen 2010 http://vpk. name/news/40378_novoe_elektromagnitnoe_oruzhie_vyizyivaet_vseobshii_interes. html

Gemeindehaushalt Bildungseinrichtung weiterführende Schule mit vertieftem Studium der einzelnen Fächer Nr. 1
Thema: Entstehung einer experimentellen Installation „Gauss Gun“
Abgeschlossen von: Woroschilin Anton
Koltunov Wassili
Leitung: Buzdalina I. N.
Woronesch
2017
Inhaltsverzeichnis
Einführung
1. Theoretischer Teil
1.1 Funktionsprinzip.
1.2 Entstehungsgeschichte.
2. Praktischer Teil
2.1 Installationsmöglichkeiten
2.2 Geschwindigkeitsberechnung
2.3 Spuleneigenschaften
Abschluss

Einführung
Relevanz der Arbeit
Während der gesamten Zeit seines Bestehens war der Mensch bestrebt, immer fortschrittlichere Werkzeuge zu schaffen. Der erste von ihnen half einer Person, wirtschaftliche Aktivitäten effizienter durchzuführen, andere schützten die Ergebnisse davon Wirtschaftstätigkeit vor den Übergriffen der Nachbarn.
In dieser Arbeit werden wir die Möglichkeit der Schaffung und praktischen Anwendung elektromagnetischer Beschleuniger betrachten.
Speer, Bogen, Streitkolben, aber hier sind die ersten Kanonen, Pistolen, Gewehre. Während des gesamten Zeitraums menschliche Entwicklung Es wurden auch Waffen entwickelt. Und jetzt wurden die einfachsten Feuersteinpistolen durch ersetzt automatische Gewehre. Vielleicht werden sie in Zukunft durch einen neuen Waffentyp ersetzt, beispielsweise elektromagnetische. Um in Frieden zu leben und verschiedene militärische Konflikte zu vermeiden, muss ein starker Staat die Interessen seiner Bürger schützen und dafür über ein starkes Verteidigungsmittel in seinem Arsenal verfügen, das vor Angriffen von überall auf unserem Planeten schützen kann. Zu diesem Zweck müssen wir voranschreiten und Waffen entwickeln. Verfolgen Sie die Entwicklung der Technologie in militärische Ausrüstung Es folgt bekanntlich die Entwicklung der von der Bevölkerung und im Alltag genutzten Technologien.
Zu den häufigsten Waffentypen gehören Kanonen und Schrotflinten, die die beim Verbrennen von Schießpulver freigesetzte Energie nutzen. Doch die Zukunft gehört elektromagnetischen Waffen, in die der Körper eindringt kinetische Energie aufgrund der Energie elektromagnetisches Feld. Es gibt genug Vorteile dieser Waffe.
Lassen Sie uns überlegen positive Seiten Verwendung eines elektromagnetischen Beschleunigers als Waffe:
- kein Ton beim Schießen,
- möglicherweise hohe Geschwindigkeit,
- höhere Genauigkeit,
- größere schädigende Wirkung,
Negative Seiten:
- derzeit geringe Effizienz;
- hoher Energieverbrauch, Sperrigkeit.
Schöpfungstechnologie elektromagnetische Waffe kann für die Entwicklung des Transportwesens, insbesondere für den Start von Satelliten in die Umlaufbahn, genutzt werden. Bessere Batterien könnten die Entwicklung umweltfreundlicher Methoden zur Stromerzeugung (z. B. Solarenergie) vorantreiben.
Es ist davon auszugehen, dass die Entwicklung dieses vielversprechenden Waffentyps die Menschheit weniger in Richtung Zerstörung als vielmehr in Richtung Schöpfung treiben wird.

Ziel der Arbeit:
Erstellen Sie ein funktionierendes Modell einer Gauß-Kanone in Originalgröße und studieren Sie ihre Eigenschaften.
Berufsziele:
Untersuchen Sie die Machbarkeit des Einsatzes dieser Art von Waffe unter realen Bedingungen.
Messen Sie die Effizienz der Installation
Untersuchen Sie den Zusammenhang zwischen der Masse eines Projektils und seinen schädlichen Eigenschaften.
Hypothese: Es ist möglich, ein funktionierendes Modell einer Gauß-Kanone zu erstellen – ein Modell elektromagnetischer Waffen.

Theoretischer Teil.
Arbeitsprinzip
Die Gauß-Kanone besteht aus einem Magneten, in dessen Inneren sich ein dielektrischer Lauf befindet. In ein Ende des Laufs wird ein Projektil aus ferromagnetischem Material eingeführt. Wenn in der Magnetspule ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld (Abb. 1), das das Projektil beschleunigt und in die Magnetspule „zieht“. In diesem Fall bilden sich an den Enden des Projektils Pole, die entsprechend den Polen der Spule ausgerichtet sind, wodurch das Projektil nach Passieren der Mitte des Magneten in die entgegengesetzte Richtung angezogen, also verlangsamt wird runter. Für die größte Wirkung muss der Stromimpuls im Magneten kurzzeitig und kraftvoll sein. Zur Erzielung eines solchen Impulses werden in der Regel Elektrolytkondensatoren mit hoher Betriebsspannung verwendet.
Die Parameter der Beschleunigungsspulen, des Projektils und der Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass bei der Schussabgabe zum Zeitpunkt der Annäherung des Projektils an den Magneten die Magnetfeldinduktion im Magneten maximal ist, jedoch bei weiterer Annäherung des Projektils es fällt stark ab.

Reis. 1 – „rechte Hand“-Regel
Geschichte der Schöpfung.
Elektromagnetische Pistolen werden in folgende Typen unterteilt:
Eine Railgun ist ein elektromagnetischer Massenbeschleuniger, der ein stromleitendes Projektil mithilfe der Lorentzkraft entlang zweier Metallführungen beschleunigt.
Die Gauß-Kanone ist nach dem deutschen Wissenschaftler Carl Gauß benannt, der den Grundstein legte mathematische Theorie Elektromagnetismus. Es ist zu bedenken, dass diese Methode der Massenbeschleunigung hauptsächlich in Amateuranlagen eingesetzt wird, da sie für die praktische Umsetzung nicht effektiv genug ist.
Das erste funktionierende Beispiel einer elektromagnetischen Waffe wurde 1904 vom norwegischen Wissenschaftler Christian Birkeland entwickelt und war ein primitives Gerät, dessen Eigenschaften keineswegs brillant waren. Am Ende des Zweiten Weltkriegs brachten deutsche Wissenschaftler die Idee vor, ein elektromagnetisches Geschütz zur Bekämpfung feindlicher Flugzeuge zu entwickeln. Keine dieser Waffen wurde jemals gebaut. Wie amerikanische Wissenschaftler herausfanden, würde die für den Betrieb jeder dieser Waffen erforderliche Energie ausreichen, um halb Chicago zu beleuchten. 1950 begann der australische Physiker Mark Oliphan mit der Entwicklung einer 500-MJ-Kanone, die 1962 fertig war und für wissenschaftliche Experimente eingesetzt wurde.
Mitte der 2000er Jahre begann das US-Militär mit der Entwicklung einer Kampfversion einer elektromagnetischen Waffe für seine Flotte. Bis 2020 wollen sie eine große Zahl von Schiffen mit diesem Geschütztyp ausrüsten (Abb. 2).
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Reis. 2 - USS Zumwalt, auf der elektromagnetische Waffen installiert werden sollen

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(Abb. 3 - Carl Gauss)
Carl Gauß (1777 – 1855) ist ein deutscher Wissenschaftler, dessen Verdienste um die Weltwissenschaft kaum zu überschätzen sind. Zeit seines Lebens war er als Mechaniker, Astronom, Mathematiker, Landvermesser und Physiker bekannt. Carl Gauß legte den Grundstein für die Theorie der elektromagnetischen Wechselwirkung. Die Wirkung des betreffenden Massenbeschleunigers basiert auf elektromagnetischer Wechselwirkung und wurde daher nach der Person benannt, die den Grundstein für das Verständnis dieses Phänomens gelegt hat.

2.1 Installationsmöglichkeiten
Formeln zur Berechnung grundlegender Installationsparameter
Kinetische Energie des Projektils
E=mv22m - Projektilmasse
v- seine Geschwindigkeit
In einem Kondensator gespeicherte Energie
E=CU22U- Kondensatorspannung
C - Kapazität des Kondensators
Entladezeit des Kondensators
Dies ist die Zeit, in der der Kondensator vollständig entladen ist:
T=2πLCL – Induktivität
317533401000C - Kapazität
Reis. 4 - Installationsdiagramm
2.2 Geschwindigkeitsberechnung
Die Fluggeschwindigkeit des Projektils wurde experimentell berechnet. Im Abstand von 1 m von der Anlage wurde eine Absperrung aufgestellt und anschließend ein Schuss abgefeuert. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Ton vom Moment des Schusses bis zum Auftreffen des Projektils auf der Barriere auf dem Diktiergerät aufgezeichnet. Anschließend haben wir die Audiodatei in ein Tonbearbeitungsprogramm geladen und anhand der Diagrammdaten (Abb. 5) die Flugzeit des Projektils zum Ziel berechnet. Es wurde angenommen, dass sich der Schall aufgrund des geringen Abstands von der Installation zum Hindernis sofort und ohne Reflexion ausbreitet kleine Größe der Raum, in dem die Messung durchgeführt wurde.

Reis. 5 - Auf einem Computer aufgenommenes Bild
Berechnen wir die Parameter der Spule, die das Magnetfeld erzeugt. Das Kondensatorwicklungssystem ist ein Schwingkreis.
Finden wir seine Schwingungsperiode. Die Zeit der ersten Halbschwingungsperiode ist gleich der Zeit, die der Nagel vom Anfang der Wicklung bis zur Mitte fliegt, und da der Nagel zunächst in Ruhe war, entspricht diese Zeit ungefähr der Länge der geteilten Wicklung durch die Geschwindigkeit des Projektils.
Wir haben herausgefunden, dass die Flugzeit des Projektils t = 0,054 s beträgt
Berechnen wir die Geschwindigkeit des Projektils:
v= St= 18,5 m/s Berechnen wir die Effizienz der Anlage:
η= mv2CU2∙100%=1,13% . Die nutzbare Energie beträgt 1,8 J.
Die Effizienz der zusammengebauten Installation ist für die Amateurinstallation akzeptabel.
2.3 Spuleneigenschaften
rechts4445
Anzahl der Windungen: ~ 280
Radius: 2R = 12; b = 8 mm
Wickellänge: l - 41 mm
Berechnen wir die Induktivität der Spule:
L=μ0∙N2R22π(6R+9l+10w)μ0 – relative magnetische Permeabilität eines Stahlnagels, ungefähr gleich 100.
L = 14,4 µH

Reis. 6 - fertige Installation

Abschluss
Während der Arbeit konnten alle ursprünglich gesetzten Ziele erfolgreich erreicht werden.
Wir waren davon überzeugt, dass es mit den in der Schule erworbenen Kenntnissen der Physik möglich ist, funktionierende elektromagnetische Waffen herzustellen.
Die Fluggeschwindigkeit des Projektils wurde experimentell mit einer unabhängig erfundenen Methode bestimmt.
Die Effizienz des Versuchsaufbaus wurde gemessen. Er beträgt 1,13 %. Die erhaltenen Daten lassen den Schluss zu, dass dieser Waffentyp unter realen Bedingungen aufgrund seiner geringen Effizienz nicht erfolgreich eingesetzt werden kann. Effektive praktische Anwendungen werden nur dann möglich sein, wenn Materialien erfunden werden, die Energie effizienter ableiten als Kupfer.

Gauß-Kanone. Wissenschaftlich - Forschung Schüler der 9. Klasse „A“ Kurichin Oleg und Kozlov Konstantin.

Gauss-Kanone ist die gebräuchlichste Bezeichnung für ein Gerät, dessen Funktionsprinzip auf der Verwendung eines starken Elektromagneten zur Beschleunigung von Objekten basiert. Typischerweise besteht ein Elektromagnet aus einem ferromagnetischen Kern, auf den ein Draht gewickelt ist (im Folgenden Wicklung genannt). Wenn Strom durch die Wicklung fließt, entsteht ein Magnetfeld.

Wenn jedoch in dem Moment, in dem das Projektil die Mitte des Magneten passiert, der Strom darin abgeschaltet wird, verschwindet das Magnetfeld und das Projektil fliegt am anderen Ende des Laufs heraus. Wenn die Stromquelle ausgeschaltet wird, bildet sich in der Spule ein Selbstinduktionsstrom, der die entgegengesetzte Richtung des Stroms hat und daher die Polarität der Spule ändert.

Dies bedeutet, dass bei einem abrupten Abschalten der Stromquelle ein am Zentrum der Spule vorbeifliegendes Projektil abgestoßen und weiter beschleunigt wird. Andernfalls wird das Projektil abgebremst, wenn es die Mitte nicht erreicht hat. Für die größte Wirkung muss der Stromimpuls im Magneten kurzzeitig und kraftvoll sein.

Zur Erzielung eines solchen Impulses werden in der Regel elektrische Kondensatoren mit hoher Betriebsspannung verwendet. Die Parameter der Wicklung, des Projektils und der Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Abfeuern, wenn sich das Projektil der Mitte der Wicklung nähert, der Strom in dieser bereits auf einen Mindestwert (d. h. den Wert) abgesunken ist (die Ladung der Kondensatoren wäre bereits vollständig verbraucht). In diesem Fall ist die Effizienz einer einstufigen Gauß-Kanone maximal.

Geräte mit nur einer Spule sind im Allgemeinen nicht sehr effizient. Um eine wirklich hohe Fluggeschwindigkeit des Projektils zu erreichen, muss ein System aufgebaut werden, bei dem sich die Spulen nacheinander einschalten, das Projektil in sich hineinziehen und sich automatisch ausschalten, wenn es die Mitte der Spule erreicht. Die Abbildung zeigt eine Variante einer solchen Anlage mit mehreren Spulen.

Die Gauß-Kanone als Waffe hat Vorteile, die andere Arten von Kleinwaffen nicht haben. Dies ist das Fehlen von Patronen und die unbegrenzte Wahl der Anfangsgeschwindigkeit und Energie der Munition sowie der Feuerrate der Waffe, die Möglichkeit eines lautlosen Schusses (wenn die Projektilgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet), auch ohne Lauf- und Munitionswechsel, relativ geringer Rückstoß (entspricht dem Impuls des ausgeworfenen Projektils, es gibt keinen zusätzlichen Impuls durch Pulvergase oder bewegliche Teile), theoretisch höhere Zuverlässigkeit und Verschleißfestigkeit sowie Einarbeitungsfähigkeit alle Bedingungen, einschließlich des Weltraums.

Natürlich ist das Militär an solchen Entwicklungen interessiert. Im Jahr 2008 bauten die Amerikaner die EMRG-Waffe zusammen. Hier ein wenig darüber: 02. 2008 wurde die stärkste elektromagnetische Waffe der Welt getestet. Die US-Marine testete die leistungsstärkste elektromagnetische Waffe der Welt, EMRG, auf einem Testgelände in Virginia. Die für Überwasserschiffe entwickelte EMRG-Kanone gilt als vielversprechende Waffe der zweiten Hälfte des 21. Jahrhunderts. Erstens, weil dieses Gerät ohne die Hilfe einer Pulverladung dem Projektil eine Geschwindigkeit von 9.000 km/h verleiht, was einem Vielfachen der Schallgeschwindigkeit entspricht. Diese Geschwindigkeit erreicht das Projektil aufgrund seines Fluges durch das starke elektromagnetische Feld, das von der Waffe erzeugt wird. Zerstörerische Kraft eines solchen Projektils ist ebenfalls sehr hoch. Bei den Tests zerstörte das Projektil aufgrund der hohen kinetischen Energie den alten Betonbunker vollständig. Dies bedeutet, dass in Zukunft auf Sprengstoffe zur Zerstörung solcher Objekte verzichtet werden kann. Auch ein Projektil mit elektromagnetischer Beschleunigung kann abdecken längerer Weg als herkömmliche Granaten - bis zu 500 km. Nun, der Hauptvorteil einer elektromagnetischen Waffe besteht darin, dass ihre Projektile nicht explosiv sind, was bedeutet, dass sie sicherer sind. Darüber hinaus hinterlässt es keine Patronen mit Pulver- oder Chemikalienladung.

Allerdings baut nicht nur das amerikanische Militär Gauß-Geschütze zusammen. Vor nicht allzu langer Zeit hat Alan Parek sein eigenes Setup aufgebaut. Für die Erstellung benötigte er 40 Stunden und 100 Euro. Die Waffe wiegt 5 kg, ist für 14 Schuss ausgelegt und verfügt über einen halbautomatischen Schussmodus. Hier ist ein Foto dieser Installation.

Doch trotz der scheinbaren Einfachheit der Gauß-Kanone und ihrer Vorteile ist ihre Verwendung als Waffe mit ernsthaften Schwierigkeiten verbunden. Die erste Schwierigkeit ist die geringe Effizienz der Anlage. Nur 1-7 % der Kondensatorladung werden in die kinetische Energie des Projektils umgewandelt. Dieser Nachteil kann teilweise durch den Einsatz eines mehrstufigen Projektilbeschleunigungssystems ausgeglichen werden, allerdings erreicht der Wirkungsgrad selten auch nur 27 %. Daher ist die Gauß-Kanone hinsichtlich der Schusskraft sogar pneumatischen Waffen unterlegen. Die zweite Schwierigkeit ist der hohe Energieverbrauch (aufgrund des geringen Wirkungsgrads) und die relativ lange Wiederaufladezeit der Kondensatoren, was es erforderlich macht, neben der Gauss-Pistole eine Stromquelle (normalerweise eine leistungsstarke Batterie) mitzuführen. Durch den Einsatz supraleitender Magnetspulen lässt sich die Effizienz deutlich steigern, allerdings ist dafür ein leistungsstarkes Kühlsystem erforderlich, was die Beweglichkeit der Gauss-Kanone deutlich einschränkt. Die dritte Schwierigkeit ergibt sich aus den ersten beiden. Das schweres Gewicht und Abmessungen der Anlage, mit geringem Wirkungsgrad.

Wir haben auch eine ähnliche Installation aus einer etwa 1 m langen Glasröhre, einem Induktor mit 100 Windungen und 3 Kondensatoren mit einer Kapazität von jeweils 58 Mikrometern zusammengebaut. F (das alles wurde im Physikunterricht gefunden).

Wir haben gesammelt Verschiedene Optionen Installationen und versuchten herauszufinden, welche Projektilform zum Abfeuern am besten geeignet wäre. L des Projektils 1 cm 2 cm 3 cm 4 cm L des Schusses 1, 5 m 3, 14 m 3, 2 m m D des Projektils 1 cm 0,5 cm 1 mm L des Schusses 1, 87 m 2, 87 m 3, 21 m 2,5 m Tabelle 2. Die Länge des Projektils ändert sich (die Dicke ist konstant). 0,5 mm Tabelle 3. Die Dicke des Projektils ändert sich (Länge L = 3 cm, das Beste aus früheren Erfahrungen).

Unser zweites Ziel bestand darin, herauszufinden, wie viele Windungen die Installationsspule hat und welche Kondensatorkapazität es dem Projektil ermöglichen würde, am besten zu fliegen. 174 100000 C 58 116 μm Kondensat μm μm μ. F F ra F F L-Schuss 0,9 m 1,7 m 3,1 m 0,6 m N-Kurven 0,2 m 100 Stk. L-Schuss 3, 07 m 200 Stk. 300 Stk. 400 Stk. 2, 84 m 2, 7 m 2, 56 m

Die besten Eigenschaften des Projektils und der Installation in den vorherigen. Sie können feststellen, dass die besten Eigenschaften in den Tabellen rot hervorgehoben wurden. liegen in der „Mitte“, zwischen den größten und den meisten U 40 bis 80 bis 160 bis 220 bis kleinen Werten. conden Es ist ziemlich einfach zu erklären. Sator Die Zeit bis zur vollständigen Entladung des Kondensators beträgt ein Viertel der Periode. Da der Kondensator daher eine große Kapazität hat, dauert die Entladung lange. Dadurch erhalten wir eine kurze Reichweite des Projektils. la Außerdem hat eine Installation mit einer daraus resultierenden niedrigen Kondensatorspannung eine große Kapazität, was sich, wie oben erwähnt, auf die Flugreichweite des Projektils auswirkt. .

Wie aus der Tabelle hervorgeht, spielt die Lauflänge hier keine besondere Rolle. L des Projektils 1,7 cm 0,5 m 1 m L des Schusses 3,01 m 2,98 m 3,08 m Dennoch wurde eines unserer Forschungsziele erreicht – wir haben herausgefunden, welche Eigenschaften der Spule und des Projektils es diesem ermöglichen, zu fliegen am weitesten. Wie bereits erwähnt handelt es sich dabei um eine Kondensatorkapazität von 174 Mikrometern. F, Lauflänge 1 m und 100 Windungen in der Spule. Die Spannung der Kondensatoren haben wir mit 220 V angenommen. Der als Projektil verwendete Nagel hat einen Durchmesser von etwa 1 mm und eine Länge von 3 cm.

Nach all den Recherchen haben wir Folgendes verstanden: Die Möglichkeit der Existenz einer Gauß-Kanone ist bewiesen, was bedeutet, dass das Ziel der Forschung erreicht wurde.

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Ein ziemlich leistungsstarkes Modell der berühmten Gauß-Kanone, das Sie aus verfügbaren Materialien mit Ihren eigenen Händen herstellen können. Diese selbstgebaute Gauß-Pistole ist sehr einfach herzustellen, hat ein leichtes Design, alle verwendeten Teile sind in jedem selbstgebauten Bastler und Funkamateur zu finden. Mit dem Spulenberechnungsprogramm können Sie die maximale Leistung erzielen.

Um eine Gauss-Kanone herzustellen, benötigen wir also:

Ein Stück Sperrholz.
Plastikfolie.
Kunststoffrohr für Mündung ∅5 mm.
Kupferdraht für Spule ∅0,8 mm.
Elektrolytkondensatoren mit großer Kapazität
Start Knopf
Thyristor 70TPS12
Batterien 4X1,5V
Glühlampe und Fassung dafür 40W
Diode 1N4007

Zusammenbau des Gehäuses für die Gauss-Kanonenschaltung

Die Körperform kann beliebig sein, es ist nicht notwendig, sich an das vorgestellte Schema zu halten. Um der Karosserie ein ästhetisches Aussehen zu verleihen, können Sie sie mit Sprühfarbe lackieren.

Einbau von Teilen in das Gehäuse für die Gauss-Kanone

Zuerst befestigen wir die Kondensatoren in diesem Fall Sie wurden mit Plastikbändern befestigt, aber Sie können sich auch eine andere Befestigung einfallen lassen.

Anschließend montieren wir die Fassung für die Glühlampe außen am Gehäuse. Vergessen Sie nicht, zwei Kabel zur Stromversorgung anzuschließen.

Anschließend platzieren wir das Batteriefach im Inneren des Gehäuses und befestigen es beispielsweise mit Holzschrauben oder auf andere Weise.

Wickeln einer Spule für eine Gauss-Kanone

Um eine Gauß-Spule zu berechnen, können Sie das FEMM-Programm verwenden. Sie können das FEMM-Programm unter diesem Link herunterladen: https://code.google.com/archive/p/femm-coilgun

Die Verwendung des Programms ist sehr einfach, Sie müssen die erforderlichen Parameter in die Vorlage eingeben, sie in das Programm laden und am Ausgang erhalten wir alle Eigenschaften der Spule und der zukünftigen Waffe als Ganzes, bis hin zur Projektilgeschwindigkeit.

Also fangen wir an zu wickeln! Zuerst müssen Sie die vorbereitete Röhre nehmen und mit PVA-Kleber Papier darauf wickeln, sodass der Außendurchmesser der Röhre 6 mm beträgt.

Dann bohren wir Löcher in die Mitte der Segmente und platzieren sie auf dem Rohr. Mit Heißkleber fixieren wir sie. Der Abstand zwischen den Wänden sollte 25 mm betragen.

Wir platzieren die Spule auf dem Lauf und fahren mit dem nächsten Schritt fort...

Schema der Gauß-Kanone. Montage

Wir montieren die Schaltung im Inneren des Gehäuses mittels Klappmontage.

Dann montieren wir den Knopf am Gehäuse, bohren zwei Löcher und fädeln dort die Drähte für die Spule ein.

Um die Verwendung zu vereinfachen, können Sie einen Ständer für die Waffe anbringen. In diesem Fall bestand es aus einem Holzblock. Bei dieser Version des Schlittens wurden Lücken an den Rändern des Laufs gelassen. Dies ist notwendig, um die Spule einzustellen und durch Bewegen der Spule die größte Leistung zu erzielen.

Kanonengeschosse werden aus einem Metallnagel hergestellt. Die Segmente sind 24 mm lang und haben einen Durchmesser von 4 mm. Schalenrohlinge müssen geschärft werden.

Dieser Artikel ist eine abstrakte Darstellung des Hauptwerks. Voller Text Wissenschaftliche Arbeiten, Anträge, Illustrationen und andere zusätzliche Materialien sind auf der Website des II. Internationalen Wettbewerbs für wissenschaftliche Forschung und kreative Arbeiten von Studenten „Start in Science“ unter dem Link verfügbar: https://www.school-science.ru/2017 /11/26807.

Mein Interesse an der Rekonstruktion der Gauß-Kanone beruht auf der einfachen Montage und Verfügbarkeit von Materialien, der einfachen Handhabung einerseits und dem hohen Energieverbrauch andererseits, die das Hauptproblem der Forschung darstellten. Das Anwendungsspektrum eines elektromagnetischen Beschleunigers in Alltagsleben. Erstellen Sie anhand der Analyse experimenteller Daten ein Modell eines Massenbeschleunigers und finden Sie heraus, wo und in welchen Bereichen des menschlichen Lebens eine Gauß-Kanone eingesetzt werden kann.

Diese Widersprüche verwirklichten und bestimmten die Wahl des Forschungsthemas: „Gaußgewehr – eine Waffe oder ein Spielzeug?“

Warum habe ich dieses Thema gewählt? Ich interessierte mich für das Design der Waffe und beschloss, ein Modell einer solchen Gauß-Waffe zu erstellen, d. h. Amateurinstallation. Es kann als Spielzeug verwendet werden. Aber während ich das Modell erstellte, begann ich darüber nachzudenken, wo die Gauß-Kanone sonst noch eingesetzt werden könnte und wie man eine stärkere Waffe konstruieren könnte. Was braucht man dafür?! Wie kann man das elektromagnetische Wanderfeld erhöhen?

Zweck der Arbeit: Erstellen und Erkunden verschiedener Gestaltungsmöglichkeiten für die Gauß-Kanone bei Änderung der physikalischen Parameter der Waffenteile.

Forschungsschwerpunkte:

1. Erstellen Sie ein funktionierendes Modell einer Gauß-Kanone, um das Phänomen der elektromagnetischen Induktion im Physikunterricht zu demonstrieren.

2. Untersuchen Sie den Wirkungsgrad der Gausskanone anhand der Kapazität des Kondensators und der Induktivität des Magneten.

3. Schlagen Sie auf der Grundlage der Forschungsergebnisse neue Anwendungsbereiche der Waffe im Bereich der menschlichen Lebenserhaltung vor.

Gegenstand der Untersuchung ist das Phänomen der elektromagnetischen Induktion.

Das Untersuchungsobjekt ist das Gaußsche Kanonenmodell.

Forschungsmethoden:

1. Analyse wissenschaftlicher Literatur.

2. Materialmodellierung, Design.

3. Experimentelle Forschungsmethoden

4. Analyse, Verallgemeinerung, Deduktion, Induktion.

Praktische Bedeutung: Dieses Gerät kann zur Demonstration im Physikunterricht eingesetzt werden, was zum besseren Verständnis der Schüler dieser physikalischen Phänomene beiträgt.

Die Gaußkanone (engl. Gaussgun, Coilgun, Gausscannon) ist eine Art elektromagnetischer Massenbeschleuniger.

Benannt nach dem deutschen Wissenschaftler Carl Gauß, der den Grundstein für die mathematische Theorie des Elektromagnetismus legte. Es ist zu bedenken, dass diese Methode der Massenbeschleunigung hauptsächlich in Amateuranlagen eingesetzt wird, da sie für die praktische Umsetzung nicht effektiv genug ist. Sein Funktionsprinzip (Erzeugung eines wandernden Magnetfelds) ähnelt einem Gerät, das als Linearmotor bekannt ist.

Funktionsprinzip einer Gauß-Kanone

Die Gauß-Kanone besteht aus einem Magneten, in dem sich ein Lauf (normalerweise aus Dielektrikum) befindet. Ein Projektil (aus ferromagnetischem Material) wird in ein Ende des Laufs eingeführt. Wenn in der Magnetspule ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein Magnetfeld, das das Projektil beschleunigt und es in die Magnetspule „zieht“. In diesem Fall bilden sich an den Enden des Projektils Pole, die entsprechend den Polen der Spule ausgerichtet sind, wodurch das Projektil nach Passieren der Mitte des Magneten in die entgegengesetzte Richtung angezogen, also verlangsamt wird runter. In Amateurschaltungen wird aufgrund der resultierenden Wirkung manchmal ein Permanentmagnet als Projektil verwendet induzierte EMK leichter zu bekämpfen. Der gleiche Effekt tritt bei der Verwendung von Ferromagneten auf, ist jedoch aufgrund der Tatsache, dass das Projektil leicht ummagnetisiert werden kann (Koerzitivkraft), nicht so ausgeprägt.

Für die größte Wirkung muss der Stromimpuls im Magneten kurzzeitig und kraftvoll sein. Zur Erzielung eines solchen Impulses werden in der Regel Elektrolytkondensatoren mit hoher Betriebsspannung verwendet.

Die Parameter der Beschleunigungsspulen, des Projektils und der Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass bei der Schussabgabe zum Zeitpunkt der Annäherung des Projektils an den Magneten die Magnetfeldinduktion im Magneten maximal ist, jedoch bei weiterer Annäherung des Projektils es fällt stark ab. Es ist zu beachten, dass verschiedene Algorithmen für den Betrieb von Beschleunigungsspulen möglich sind.

Erstellung und Debugging der Gauss-Kanone

Selbst mit schulischen Physikkenntnissen lassen sich einfachste Strukturen aus Schrott zusammenbauen.

Beginnen wir mit dem Zusammenbau der Pistole mit einem Magnetventil (einem Induktor ohne Kern). Der Lauf der Spule ist ein 40 cm langes Stück Plastikstrohhalm. Wir wickeln Drehung für Drehung vorsichtig einen Kupferdraht darum – die Schussreichweite unserer Waffe hängt von der Qualität der Montage ab. Insgesamt müssen Sie 9 Lagen wickeln. In der Praxis habe ich festgestellt, dass es besser ist, zwei Lagen der Erregerwicklung mit einem Leiter aus Polyvinylchlorid-Isolierung zu umwickeln, die in diesem Fall nicht zu dick sein sollte (nicht mehr als 1,5 mm Durchmesser). Dann können Sie alles zerlegen, die Unterlegscheiben entfernen und die Rolle auf die Filzstiftstange stecken, die als Lauf dient. Die fertige Spule kann einfach getestet werden, indem man sie an eine 9-Volt-Batterie anschließt: Sie fungiert als Elektromagnet. Die Parameter von Wicklung, Projektil und Kondensatoren müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass beim Abfeuern, wenn sich das Projektil der Mitte der Wicklung nähert, der Strom in dieser bereits auf einen Mindestwert, d Die Ladung der Kondensatoren wäre bereits vollständig verbraucht. In diesem Fall ist die Effizienz einer einstufigen Gauß-Kanone maximal. Als nächstes montieren wir Stromkreis Wir befestigen seine Elemente auf einem festen Ständer. Sie können der Kanone die Form einer Pistole geben, indem Sie die Kettenteile in den Körper eines Kinderspielzeugs aus Kunststoff stecken. Aber ich habe die Kette in den Körper eines Kartons gelegt.

Entsprechend der beschriebenen Technologie habe ich zwei Arbeitsmodelle erstellt. Ich habe ein Parallelexperiment durchgeführt und dabei das Kondensatorsystem (im zweiten Modell gibt es mehrere Kondensatoren, im ersten einen), die Anzahl der Windungen des Magneten und verschiedene Arten der Verbindungen der Schaltungsabschnitte entsprechend geändert.

Bei der Recherche der Waffe kam ich zu dem Schluss, dass die Materialien für den Zusammenbau der Anlage vorhanden sind; Es gibt eine Menge Literatur auf der Welt, die dabei hilft, die Funktionsprinzipien einer Waffe zu verstehen verschiedene Wege seine Versammlungen. Aber wenn man eine Waffe benutzt, entsteht das Problem, sie zu benutzen moderne Welt Die Waffe kann nur für Militär- und Weltraumzwecke verwendet werden, weil Es ist sehr schwierig, das Verhalten der Spule zu berechnen, wenn Modelle in anderen Bereichen menschlicher Tätigkeit verwendet werden.

Ich habe herausgefunden, dass es theoretisch möglich ist, mit Gauss-Kanonen leichte Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen. Die Hauptanwendung sind Amateurinstallationen und die Demonstration der Eigenschaften von Ferromagneten. Es wird auch sehr aktiv als Kinderspielzeug oder als selbstgemachte Installation verwendet, die technische Kreativität fördert (Einfachheit und relative Sicherheit).

Doch trotz der scheinbaren Einfachheit der Gauß-Kanone ist ihre Verwendung als Waffe mit ernsthaften Schwierigkeiten verbunden, von denen die wichtigsten sind: hohe Kosten Energie.

Die erste und größte Schwierigkeit ist die geringe Effizienz der Anlage. Nur 1-7 % der Kondensatorladung werden in die kinetische Energie des Projektils umgewandelt. Dieser Nachteil kann teilweise durch den Einsatz eines mehrstufigen Projektilbeschleunigungssystems ausgeglichen werden, der Wirkungsgrad erreicht jedoch selten 27 %. Grundsätzlich wird bei Amateuranlagen die in Form eines Magnetfeldes gespeicherte Energie in keiner Weise genutzt, sondern ist der Grund für den Einsatz leistungsstarker Schalter zum Öffnen der Spule (Lenzsche Regel).

Die zweite Schwierigkeit ist der hohe Energieverbrauch (aufgrund der geringen Effizienz).

Die dritte Schwierigkeit (ergibt sich aus den ersten beiden) ist das große Gewicht und die großen Abmessungen der Anlage bei gleichzeitig geringem Wirkungsgrad.

Die vierte Schwierigkeit besteht in der relativ langen Gesamtaufladezeit der Kondensatoren, die es erforderlich macht, zusammen mit der Gauss-Kanone eine Stromquelle (normalerweise eine leistungsstarke Batterie) mitzuführen, sowie in ihren hohen Kosten. Eine Effizienzsteigerung durch den Einsatz supraleitender Magnetspulen ist theoretisch möglich, allerdings ist dafür ein leistungsfähiges Kühlsystem erforderlich, was zusätzliche Probleme mit sich bringt und den Einsatzbereich der Anlage stark beeinträchtigt. Oder verwenden Sie batteriewechselbare Kondensatoren.

Die fünfte Schwierigkeit besteht darin, dass mit zunehmender Geschwindigkeit des Projektils die Einwirkungszeit des Magnetfelds während des Durchgangs des Magneten durch das Projektil erheblich verkürzt wird, was dazu führt, dass nicht nur jede nachfolgende Spule eingeschaltet werden muss das mehrstufige System im Voraus zu nutzen, sondern auch die Leistung seines Feldes proportional zur Verkürzung dieser Zeit zu erhöhen. Normalerweise wird dieser Nachteil sofort übersehen, da die meisten selbstgebauten Systeme entweder eine geringe Anzahl von Spulen oder eine unzureichende Geschossgeschwindigkeit haben.

Unter Bedingungen aquatische Umgebung Auch die Verwendung einer Pistole ohne Schutzgehäuse ist stark eingeschränkt – eine Fernstrominduktion reicht aus, damit sich die Salzlösung auf dem Gehäuse dissoziiert und aggressive (Lösungsmittel-)Umgebungen entstehen, was eine zusätzliche magnetische Abschirmung erfordert.

Somit hat die Gauß-Kanone heute keine Aussichten als Waffe, da sie anderen Arten von Kleinwaffen, die nach anderen Prinzipien funktionieren, deutlich unterlegen ist. Theoretisch sind Perspektiven natürlich möglich, wenn kompakte und leistungsstarke Stromquellen und Hochtemperatursupraleiter (200-300 K) geschaffen werden. Eine Installation ähnlich einer Gaußkanone kann jedoch im Weltraum eingesetzt werden, da unter Bedingungen von Vakuum und Schwerelosigkeit viele Nachteile solcher Installationen ausgeglichen werden. Insbesondere in den Militärprogrammen der UdSSR und der USA wurde die Möglichkeit in Betracht gezogen, Installationen ähnlich einer Gaußkanone auf umlaufenden Satelliten zur Zerstörung anderer Raumfahrzeuge (mit Projektilen) einzusetzen Große anzahl kleine schädliche Teile) oder Gegenstände auf der Erdoberfläche.

Tests der Gauss-Kanone ergaben einen Wirkungsgrad von 27 %. Das heißt, Experten zufolge ist ein Gauss-Schuss sogar der chinesischen Pneumatik unterlegen. Das Nachladen ist langsam – die Feuerrate steht außer Frage. Und das Meiste ein großes Problem- Es gibt keine leistungsstarken, mobilen Energiequellen. Und bis diese Quellen gefunden sind, können wir die Bewaffnung mit Gauß-Geschützen vergessen.

Bibliografischer Link

Beketov K.S. GAUSS-KANONE – WAFFE ODER SPIELZEUG? // Wissenschaftliches Bulletin der Internationalen Schule. – 2016. – Nr. 3. – S. 45-47;
URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=74 (Zugriffsdatum: 24.08.2019).