很多电影里电磁炮都被赋予了神器的光环。这种被视为神器的电磁炮是如何工作的?其实也没那么神秘。今天我给大家讲一些电磁炮的知识。并且说说简易电磁炮系统的制造和使用的材料。是的,你可以很容易地做出一个简单的电磁炮系统。
第一个问题:电能如何转化为动能?
根据原理和结构的不同,电磁炮使用的磁场力可以分为以下几种:
(1)“外电路直供的弹丸电流”在外磁场中所施加的力。该力可以是排斥力或吸引力,例如轨道炮应用。
(2)变化的磁场排斥良导体,即“弹丸感应电流”在外磁场中施加的力。弹丸电流不是由外电路直接供给,而是由电磁感应产生。这种力通常是排斥的。如物理教材中的“跳环实验”、“感应枪的应用”。
(3)磁场吸引铁:由铁磁性材料(如钢、铁、铁氧体)制成的抛射体在外磁场中所受的力。一般吸引力,如磁阻枪应用。
根据上述原理的不同,电磁炮可以分类总结如下:
感应枪示意图
第二个问题:如何理解“磁场中的力”
外磁场中“外电路直供弹丸电流”的力——安培力
DC电流中的安培力
环形电流的右手定则
安培力,即“弹丸电流在外磁场中的作用力”,可以用来更准确地解释磁阻枪的电磁力。想法如下。首先,外部磁场明显来自线圈。然后说明在弹丸电流中应引入“磁化电流”的概念。参考下图,
弹丸表面磁化电流
当铁磁性介质置于外磁场中时,其分子会产生与外磁场方向相同的分子磁场。考虑到这些分子磁场对应的分子电流,就会发现,当介质被均匀磁化时,总会有方向相反的分子电流流过,相互抵消;只有截面边缘的分子电流没有被抵消,形成一层与截面边缘重合的电流-磁化电流。
引入“磁化电流”概念后,磁阻枪的电磁力可以解释为“线圈产生的磁场中磁化电流对弹丸的安培力”。抛射体之所以被吸引,是因为铁磁体的磁化电流有这样一个方向——它产生的磁场方向与外界磁场方向相同,所以安培力方向是朝向线圈的。
第三个问题:制作电磁炮的材料和工具有哪些?
以上材料可以制作一个简单的电磁炮系统。
具体测试套件的来源和制作方法以及系统电磁炮的理论解释,在这篇短文中显得过于单薄。所以我推荐一本书——《你好,电磁炮》,可以提供具体的实验素材和系统的知识。