Como funciona uma "espingarda"?

Eu queria saber como funciona o chamado "coilgun", eu sei o que ele faz, mas eu queria saber como ele funciona por baixo do capô e, eventualmente, como fazer um básico? Além disso, quanta energia seria necessária?

Uma pistola é uma série de bobinas que são energizadas sucessivamente como um projétil condutor feito de material magnético que passa por elas.

Cada estágio age de acordo com princípios semelhantes aos de um solenóide . Os loops de corrente induzem fluxo magnético através de seu centro:

À medida que o projétil condutor se aproxima dos circuitos de corrente do núcleo de ar, duas coisas acontecem: a indutância do circuito aumenta e o projétil se magnetiza . O projétil magnetizado é então atraído para o campo magnético do loop, acelerando em direção a ele. À medida que se aproxima, a indutância aumenta, completando um loop de feedback positivo, de modo que a atração no projétil e no campo magnético criado pelos loops aumenta.

Esse processo atinge um pico quando o projétil é completamente fechado pela bobina, onde o deslocamento adicional diminui a indutância do loop. Neste ponto, a corrente através do loop é desligada abruptamente para que o projétil não seja abrandado por sua contínua atração pelo campo magnético da bobina.

Estes são os princípios básicos de física pelos quais uma pistola de bobina opera, que parece ser o que você está interessado. Existem muitas implementações práticas.

Primeiro, dê uma olhada na Wikipedia . O artigo é um ponto de partida interessante.

Pelo que vejo, desde que você começou a estudá-los, o melhor começo é criar um eletroímã . Dessa forma, você pode se familiarizar com o cálculo necessário para o seu projeto, pois uma espingarda é basicamente um caso especial de um eletroímã. Vou permitir que você calcule qual a corrente e tensão que você precisa. Lembre-se da impedância da bobina e dos circuitos de proteção necessários para as transições entre os estados ligado e desligado. Existem programas que podem calcular a indutância de uma bobina com base no diâmetro do fio, número de voltas e assim por diante. Vou postar um link assim que eu descobrir de onde consegui o meu. Quanto à proteção, você pode encontrar muitos tutoriais para motores elétricos na Internet. O que você precisa deve ser bem parecido, já que a bobina é o principal problema de ambos.

Depois de obter o ímã mais básico, você deve calcular o tipo de projétil que usará, qual o alcance que deseja e assim por diante. Mais uma vez, a Wikipedia vem resgatar , mas existem muitas outras boas fontes na Internet. Quando você obtém a força necessária, pode começar a calcular os parâmetros dos eletroímãs que deseja usar.

Depois disso, você precisará de um circuito que possa ativar e desativar rapidamente vários eletroímãs. Você pode atualizar suas habilidades com a eletrônica digital, já que provavelmente poderia usar algum tipo de contador para isso, mas não tenho muita experiência nesse campo, por isso não posso lhe dar bons conselhos. Microcontroladores também seriam interessantes, já que você faz programação em C.

Claro que você também precisará de uma fonte de alimentação. Se você optar por capacitores de baixa tensão com alta capacidade e alta corrente, poderá ter uma fonte de alimentação simples, mas levará algum tempo para carregar os capacitores.

Existe um cara chamado Afrotechmods no Youtube, que tem alguns tutoriais sobre fontes de alimentação, capacitores grandes e falhas catastróficas de componentes eletrônicos.

Outro aspecto facilmente esquecido nesse cenário são os cabos de conexão internos. Você deve garantir que eles possam sustentar as correntes que planeja passar por elas. Para garantir a segurança, use cabos mais fortes que o necessário.

Há também a questão da segurança. O melhor conselho seria conseguir alguém com muita experiência nesse campo para trabalhar com você. Entendo por que seu professor não deseja fornecer informações sobre este projeto. Os capacitores podem explodir facilmente e os supercapacitores ainda mais, os cabos de energia podem derreter e pegar fogo, mesmo que seus cálculos mostrem que eles devem ser capazes de sustentar a corrente (isso aconteceu comigo alguns dias atrás), você pode sofrer um curto-circuito em algum lugar que possa iniciar um incêndio, uma parte do dispositivo que deve ser isolada pode estar sob energia quando você o toca e isso pode causar queimaduras e assim por diante. Portanto, meu conselho para você é pesquisar como cada componente pode falhar, como reagir quando falha e estar pronto para isso. Além disso, seria uma boa ideia usar componentes com classificação mais alta do que o necessário, apenas para garantir a segurança. Alguns componentes mais recentes também têm proteções internas contra sobretensão (tensão, aquecimento, corrente), curto-circuito e assim por diante. Se você pode obter esses componentes, use-os.

Para finalizar, acrescentarei que sou intencionalmente vago nesta resposta. Cada um dos argumentos que expus é muito amplo e pode fazer poucas perguntas por si só. Minha idéia era fornecer uma visão geral do que é necessário antes de começar. Você precisará fazer muita pesquisa!

Como você é novato em bobinas, eu recomendaria dois cursos para começar. Primeiro entenda que as pistolas helicoidais são apenas solenóides, que são apenas indutores. A diferença é que você desliga a bobina antes que o meio do projétil atinja o meio da bobina. Para entender isso, você precisa entender bem a lei de Amperes e a lei de indução de Faraday. Depois de entender essas duas coisas, tudo é uma questão de experimentação. Eu diria ainda que seguir todos os conselhos sobre precauções de segurança acima é sensato, pois quase me machuquei repetidamente por não observar esses conselhos.