在很多电影中,电磁炮被赋予了一个神器,就是光晕。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作和使用的材料。是的,你可以很容易地自己制作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类:
(1)外磁场中“外电路直接提供的弹丸电流”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上的力,即外磁场中的“弹丸感应电流”。弹丸电流不是由外部电路直接提供,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“跳跃实验”、“感应枪应用”。
(3)磁场吸引铁器: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。一般有吸引力,如磁阻枪应用。
根据上述原理的不同,电磁炮的分类可以概括如下:
感应枪示意图
第二个问题:如何理解“磁场中的力”
“外电路直接提供弹丸电流”在外磁场中的力——安培力
DC电流中的安培力
环形电流的右手定则
利用安培力,即“弹丸电流在外磁场中的作用力”,可以更准确地解释磁阻枪的电磁力,思路如下。首先,外部磁场明显来自线圈。那么,需要引入“磁化电流”的概念来解释弹丸电流。参考下图,
弹丸表面的磁化电流
当铁磁性介质被放入外部磁场中时,其分子会产生与外部磁场方向相同的分子磁场。考虑到这些分子磁场所对应的分子电流,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介质,相互抵消;只有截面边缘的分子电流没有被抵消,形成一层电流——磁化电流,与截面边缘重合。
在引入“磁化电流”的概念后,磁阻枪的电磁力可以解释为“磁化电流在线圈产生的磁场中对弹丸的安培力”。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——的方向,它产生的磁场方向与外界磁场方向相同,所以安培力指向线圈。
第三个问题:电磁炮的材料和工具是什么?
以上材料可以搭建一个简单的电磁炮系统。
审计唐子红
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