Springen naar inhoud

Railgun


  • Log in om te kunnen reageren

#1

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 september 2014 - 15:05

Beste mensen,

Ik heb voor mijn profielwerkstuk een (werkende) railgun gemaakt en hier enkele metingen aan verricht. Nu ik echter wat meer de diepte in wil gaan met wat theorie loop ik vast. Ik heb als schakeling een zogenaamde 'hot rail' gebruikt, waarbij de stroomkring pas sluit op het moment dat een projectiel beide rails met elkaar verbindt. Beide rails zijn verboden met een condensator (3100mf, 150v). De condensator is opgeladen met een spanningskast naar 150v en met 60mA. De spanningskast werd enkel gebruikt voor het opladen van de condensator en is daarna losgekoppeld en maakte dus geen deel uit van de uiteindelijke schakeling. Zoals gezegd deed de railgun het prima.

Nu wil ik de theoretische snelheid van de kogel (dus -wrijving) berekenen, maar enkele variabelen heb ik nog niet kunnen vinden. De weerstand bijvoorbeeld, ik heb geen vaste weerstand aan het circuit toegevoegd, dus ik neem aan dat de weerstand gelijk is aan die van de draden en de rails. Deze waarde is zeer laag, omdat er vanzelfsprekend geleidende materialen gebruikt zijn. Als ik hiermee de stroomsterkte door de schakeling probeer te berekenen (I=V0/R) dan komt daar een extreem hoge waarde uit, iets wat niet kan kloppen. Ook de RC-waarde is wel heel erg klein. Ik wil dus de maximale stroomsterkte door de schakeling berekenen (Imax), om dit vervolgens te gebruiken om de Lorentzkracht op het projectiel te berekenen.

Wat gaat er fout? Gebruik ik de verkeerde formules of zijn mijn aannames verkeerd? Alvast bedankt voor de antwoord(en)

Met vriendelijke groet,

Max (5VWO)

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8790 berichten
  • VIP

Geplaatst op 28 september 2014 - 02:19

Wat je moet meenemen is de interne weerstand van de gebruikte condensatoren. Die is mogelijk te vinden in het datablad van die dingen.

Als je dat niet meeneemt is de kortsluitstroom van een condensator oneindig hoog, en kom je ook op niet-realistische waarden bij een toepassing als deze. Ik vermoed dat je voor een proef als deze gebruik maakt van elco's, die best een behoorlijke interne weerstand (en inductie) hebben. Ook is de kans aanzienlijk dat je de maximale stroom feitelijk overschreid, ook al zorgt dat niet per se voor acute problemen.
Victory through technology

#3

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 28 september 2014 - 16:06

Oke, bedankt voor het antwoord. Er is mij nu nog wel een ding onduidelijk. Als ik de formule I=V0/R gebruik, dan komt de capaciteit C van een condensator daar niet in terug. Betekent dit dat de stroomsterkte I daar onafhankelijk van is of gebruik ik de verkeerde formule? Het gaat nogmaals om de maximale stroomsterkte die ik wil weten, dus vlak na t=0. Bedankt voor het meedenken.

#4

Emveedee

    Emveedee


  • >250 berichten
  • 585 berichten
  • VIP

Geplaatst op 28 september 2014 - 20:49

De capaciteit van een condensator heeft zeker invloed op de spanning. De spanning is afhankelijk van de hoeveelheid lading die opgeslagen is in de condensator. Als er stroom gaat lopen neemt deze hoeveelheid lading af, en wordt de spanning dus ook minder.

 

Voor spoelen en condensatoren geldt dat hun 'weerstand' afhankelijk is van de frequentie van het signaal dat erover loopt. Dit wordt de impedantie genoemd. Als je zoekt op condensator ontladen (of capacitor discharge in het Engels) vind je denk ik wel wat je zoekt.

Give a man a fire and he's warm for a day. Set a man on fire and he's warm for the rest of his life.

#5

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 28 september 2014 - 21:39

Bedankt voor je antwoord. Stel, ik heb twee condensatoren, beide opgeladen tot 150v. Een met de capaciteit van 100μF, een van 10.000μF. Volgens Q=C.U heeft de eerste dan een veel kleinere lading, maar mijn vraag is of dit ook invloed heeft op de maximale stroomsterkte. Of anders gesteld: kan een condensator met een kleinere capaciteit maar hetzelfde voltage als een condensator met een hoge capaciteit dezelfde stroomsterkte genereren?

 

Impedantie was mij al bekend, maar ik heb de condensator opgeladen met gelijkstroom. Hiervoor moet ik dus de interne weerstand van de condensator zien te achterhalen.


#6

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8790 berichten
  • VIP

Geplaatst op 29 september 2014 - 01:25

Dat zou kunnen. Je hebt condensatoren die specifiek gemaakt zijn om zeer lage impedanties te hebben (voor hoogfrequente toepassing) en elco's waarbij dat een stuk minder uitmaakt (die achter de gelijkrichter in je PC voeding oid). De hoogst haalbare kortsluitstroom van een 100 uF HF model -kan- hoger zijn dan die van een 10.000 uF gelijkrichter exemplaar.

Bij gelijke spanning bevat de laatste echter wel 100 maal zoveel energie, ik neem aan dat dat er ook toe doet in je railgun toepassing.
Victory through technology

#7

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 september 2014 - 10:40

Logischerwijs zou dat wel zo moeten zijn, maar in de formules die ik gebruik komt de capaciteit niet terug; enkel het voltage en de stroomsterkte. Voor de sterkte van het magneetveld B gebruik ik volgende formule (afleiding plaats ik hier niet, een globale afleiding is o.a. hier te vinden))

 

B = (μ0.I)/(2π.d).ln(d-r/r) (waarin μ0=constante, I=stroomsterkte (max), d=ruimte tussen de rails en r=straal van de rails)

I = V0/R (maximaal)

d=ruimte tussen de rails

 

En dan deze formules in de algemene formule voor de Lorentzkracht plaatsen: F=B.I.d

 

Wat ik hiervan zie is dat de capaciteit van de condensator hierin niet terugkomt. Dit betekent ofwel dat in de formule voor de stroomsterkte deze waarde nog terug moet komen, of de Lorentzkracht hier onafhankelijk van is (wat ik onwaarschijnlijk acht). Wie heeft hier verstand van en ziet wat er niet klopt?


#8

klazon

    klazon


  • >5k berichten
  • 6607 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 29 september 2014 - 11:39

Bij het ontladen van een condensator neemt de stroom exponentiëel af.

Hoe groter de capaciteit van de condensator, hoe langer het duurt voordat de stroom is "uitgestorven".


#9

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8790 berichten
  • VIP

Geplaatst op 29 september 2014 - 13:01

Het gaat inderdaad om tijd. Zo'n ding werkt niet instantaan, maar het duur even voordat het projectiel van het begin naar het einde van de rail is. De gemiddelde stroom in die tijd bepaalt uiteindelijk de snelheid waarmee het eruit komt.

De formule die je geeft geld voor het magnetische veld, maar je moet dit m.i. integreren over de tijd dat je projectiel tussen de rails zit. Dan krijg je ook een resultaat dat afhankelijk is van de capaciteit, tenzij de capaciteit zo groot is dat de condensatoren niet merkbaar ontladen tijdens het afschieten (dat is het geval als de weerstand van het systeem de beperkende factor wordt).
Victory through technology

#10

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 september 2014 - 22:57

Dus als ik het goed begrijp moet ik de integraal nemen van de hele formule van B? En de stroomsterkte in de formule B moet dan de gemiddelde stroomsterkte worden (gedurende de tijd dat het projectiel tussen de rails zit)

Gemiddelde stroomsterkte was al bij mij opgekomen en heb die intussen verwerkt.

Bedankt voor alle reacties, het is mij nu al een heel stuk duidelijker.

#11

Benm

    Benm


  • >5k berichten
  • 8790 berichten
  • VIP

Geplaatst op 30 september 2014 - 01:23

Als ik de achterliggende theorie begrijp is dat inderdaad het geval: De kracht op het projectiel is afhankelijk van de contructie (laten we die even onveranderbaar beschouwen), en daarnaast van de stroom. De uiteindelijke kinetische energie die je projectiel vergaart is kracht x tijd dat die kracht erop werkt.

Nu is die kracht niet constant gezien je condensatoren ontladen en daarmee de stroom afneemt, en moet je het integreren. Dat komt min of meer neer op 'het gemiddelde nemen', afgezien van dat je meeweegt hoeveel stroom er hoe lang doorheen loopt.

In de praktijk zou ik dat overigens gewoon meten: als je een stukje draad, busbar, oid tussen je condensators en de rails hebt zitten kun je daar de spanning over meten, en ook zichtbaar maken met een scope. Als je een storage scope gebruikt kun je precies zien hoeveel stroom er heeft gelopen tijdens het hele afschieten en daarmee de afgeleverde energie uitrekenen.
Victory through technology

#12

PhysicsFreak

    PhysicsFreak


  • 0 - 25 berichten
  • 6 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 september 2014 - 10:29

Als ik de gemiddelde stroomsterkte over de tijd dat het projectiel zich tussen de rail bevindt invul in de (niet-geïntegreerde) formule voor B, krijg ik dan de juiste uitkomst of moet ik, afgezien van dat ik de gemiddelde stroomsterkte invul, de formule voor B alsnog integreren over de tijd dat het projectiel zich tussen de rails bevindt?


#13

JorisL

    JorisL


  • >250 berichten
  • 555 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 30 september 2014 - 12:25

Je moet in je uitdrukking van de kracht alles in functie van de stroom zetten (lijkt me).

Als je dan I(t) invult en deze kracht integreert over de tijd, krijg je de totale energie die in het projectiel gestopt wordt.

Als je rails horizontaal liggen, zal deze totale energie gelijk zijn aan de kinetische energie. Anders moet je het verschil gravitationele energie in rekening brengen.

 

Hierna heb je volgens mij alles wat je nodig hebt om de snelheid accurater te vinden.

 

Is het nog niet juist genoeg, dan kan je in een volgende stap kan je dan wrijvingen in rekening brengen (niet leuk meestal).

Veranderd door physicalattraction, 30 september 2014 - 13:52
Onnodige quote verwijderd






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures