Zelfbouw: elektromagnetisch kanon (coilgun)

[Sun-Tzu]

Goedenmiddag,

Ik ben samen met een mede-leerling bezig om een elektromagnetisch kanon (ookwel een Coilgun genaamd) te bouwen als profielwerkstuk.

Nu hebben we al het een en ander aan proefjes gedaan met bestaande spoelen van school, magneten en projectielen. Nu hebben wij ijzeren projectielen, gemaakt uit een stuk schroefdraad (ongeveer 0,5 cm doorsnee). Na deze korte proefjes zijn wij aan de slag gegaan om een eigen spoel te maken, welke toch vrij veel Ampère zou moeten aankunnen, aangezien het aantal Ampère, de lengte van het draad en het aantal windingen bepalend is voor de sterkte van de elektromagneet.

En dan komt nu het probleem: onze zelfbouw spoel had totaal geen effect op ons projectiel. De spoelen van school (vrij zwakke dingetjes), zouden in theorie zwakker moeten zijn dan onze zelfbouwspoel, al was er daar al duidelijk merkbaar resultaat, namelijk dat ons projectiel in de spoel bleef hangen. Onze eigen spoel had dus helemaal geen effect. Daarna hebben wij er een Ampèremeter tussen gezet, welke wel gewoon een hogere meting gaf, wat dus zou betekenen dat de spoel het in theorie zou moeten doen.

Onze spoel hebben wij gemaakt op steen stukje PVC-buis, de 2 uiteindes van de draad een beetje afgeschuurd (het moet een gelakte draad zijn, anders neemt de stroom gewoon de kortste weg), en beide uiteinden op een 20A voeding aangesloten. Binnenin het PVC-buisje was dus geen magnetisme meetbaar, al zou plastic magnetisme gewoon door moeten laten. Is er iets wat wij dan verkeerd zouden doen tijdens het maken van de spoel?

Verder had onze Natuurkunde docent het over zogenaamde 'wervelstormen' in aluminium als je dat in een spoel neerlegt. Wij hebben namelijk het idee om een aluminium loop te gebruiken (dit is namelijk beschikbaar op school en slijt niet zo snel als plastic). In theorie zou er in het aluminium dan elektronen zich gaan ophopen, en deze zouden zich in rap tempo door de buis bewegen. Zou dit enig (negatief) effect hebben op de snelheid van ons projectiel?

Alvast bedankt!

[Boerenverstand]

Hoeveel wikkelingen hadden jullie om het buisje gewonden en hoeveel wikkelingen had de spoel van school?

Als het te weinig windingen waren dan is de opgewekte kracht simpelweg te klein.

Je kunt een indicatie krijgen van de verschillen in opgewekte magneetkracht door het aantal windingen te vermenigvuldigen met de stroom die door de spoelen loopt ( als de spoeldiameter overeenkomt kun je ze redelijk vergelijken.

Bij het schieten moet de stroom uitgeschakeld worden op het moment dat de kracht maximaal is, dit komt overeen met het projecitiel middenin de spoel anders gaat ie weer afremmen.

[Sun-Tzu]

Wij hadden ongeveer 50-80 windingen gemaakt. Maar de grap is, dat in theorie het niet uit maakt of je 50 of 6000 windingen maakt, gezien de formule voor magnetische veldsterkte:

β = (μ0 * N * I) / l

Hierin is N het aantal windingen, μ0 een constante, I het aantal Ampère en l de lengte van de draad.

Als μ0 en I gelijk blijven, wanneer N en l evenredig aanelkaar zijn, kom je geen stap verder. Wij hebben namelijk heel precies de omtrek van het pvc buisje berekent, waarna wij een grafiek hebben opgesteld waarin de veldsterkte tegen de aantal windingen en de lengte is uitgezet. In alle gevallen kwamen we op precies hetzelfde antwoord uit. (wij hebben het feit dat de draad onder een hele kleine hoek tenopzichte van de PVC-buis staat verwaarloosd, aangezien de pvc-buis zelf maar ongeveer 1 cm in diameter is.)

We weten dat de spoel moet worden uitgeschakeld als ons projectiel precies in het midden (of er net ietsje voor) is, dit is ons al gelukt dmv lichtsensoren en een systeembordje. Maar het punt is dat we dus bij onze spoel helemaal geen merkbaar resultaat kregen.

[vogel]

bij toeval doen wij zo ongeveer hetzelfde, maar vergeet niet dat ijzer altijd door een magneet aangetrokken wordt, afstoten doet ie dus niet,

je zult dus of een magnetisch projectiel moeten gebruiken ( aantrekken of afstoten)

of

een ijzerstuk door een spoel laten aantrekken tot in het midden van de spoel en dan de spoel uitzetten, doe je dat niet, dan vliegt je projectiel weer terug

de groeten van VWO 6

[AvengerNL]

Ik werk dus samen met de TS Sun-Tzu aan dit onderwerp.

Wij hadden ongeveer 50-80 windingen gemaakt. Maar de grap is, dat in theorie het niet uit maakt of je 50 of 6000 windingen maakt, gezien de formule voor magnetische veldsterkte:

β = (μ0 * N * I) / l

Hierin is N het aantal windingen, μ0 een constante, I het aantal Ampère en l de lengte van de draad.

Als μ0 en I gelijk blijven, wanneer N en l evenredig aanelkaar zijn, kom je geen stap verder. Wij hebben namelijk heel precies de omtrek van het pvc buisje berekent, waarna wij een grafiek hebben opgesteld waarin de veldsterkte tegen de aantal windingen en de lengte is uitgezet. In alle gevallen kwamen we op precies hetzelfde antwoord uit. (wij hebben het feit dat de draad onder een hele kleine hoek tenopzichte van de PVC-buis staat verwaarloosd, aangezien de pvc-buis zelf maar ongeveer 1 cm in diameter is.)

We weten dat de spoel moet worden uitgeschakeld als ons projectiel precies in het midden (of er net ietsje voor) is, dit is ons al gelukt dmv lichtsensoren en een systeembordje. Maar het punt is dat we dus bij onze spoel helemaal geen merkbaar resultaat kregen.

Kan iemand dit bevestigen? Danwel ons vertellen dat we hier een denkfout maken? Want in principe zou dit toch niet moeten kloppen? Toch kan ik geen fout bedenken...

bij toeval doen wij zo ongeveer hetzelfde, maar vergeet niet dat ijzer altijd door een magneet aangetrokken wordt, afstoten doet ie dus niet,

je zult dus of een magnetisch projectiel moeten gebruiken ( aantrekken of afstoten)

of

een ijzerstuk door een spoel laten aantrekken tot in het midden van de spoel en dan de spoel uitzetten, doe je dat niet, dan vliegt je projectiel weer terug

de groeten van VWO 6

Wij gebruiken inderdaad dat laatste, door middel van een schakeling met een lichtsensor.

[Boerenverstand]

β = (μ0 * N * I) / l

Hierin is N het aantal windingen, μ0 een constante, I het aantal Ampère en l de lengte van de draad.

Als μ0 en I gelijk blijven, wanneer N en l evenredig aanelkaar zijn, kom je geen stap verder. Wij hebben namelijk heel precies de omtrek van het pvc buisje berekent, waarna wij een grafiek hebben opgesteld waarin de veldsterkte tegen de aantal windingen en de lengte is uitgezet. In alle gevallen kwamen we op precies hetzelfde antwoord uit. (wij hebben het feit

De lengte is de SPOELlengte en niet de DRAADlengte

[Mark.K]

Ik wil ook dit onderwepnemen voor mn PWS. Maar ik kan geen hoofd en deelvragen verzinnen. Welke heb jij gebruikt?

Ik kwam niet veel verder dan het verband tussen de volt en de afstand die het projectiel heeft afgelegd.