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    電磁砲

美國海軍研發的新武器,擁有「飛彈的射程」卻只有「子彈的價格」,你知道它的原理嗎?


實驗演示


實驗演示一(實驗演示影片)

實驗演示二(實驗演示影片)

實驗演示(實驗演示影片)

實驗演示四(實驗演示影片)




實驗原理


電磁砲的主體是由許多漆包線纏繞而成的螺線管,並在此螺線管中插入一軟鐵棒,以增強螺線管中的磁場。

問題一:小燈泡纏繞在環形線圈上,並未與任何外加電源連接,但卻在此環形線圈套入中央密實的螺線管上,螺線管通電時,小燈泡就發光了!為什麼呢?

解答:因為螺線管通過交流電,因此螺線管中的磁場會隨時變,依據法拉第定理,通過線圈的磁通量若有改變時,線圈就會有感應電流產生,感應電流通過時燈泡便會發光。

問題二:將一鋁環套在螺線管上,螺線管通電時,鋁環就會一飛沖天,為什麼呢?

解答:在螺線管通過電流的瞬間,會在螺線管中產生一強大的磁場,這突然產生的磁場會使鋁環產生感應電流,即渦電流,此感應電流所生的磁場與原先的磁場方向相反,故產生一斥力使得鋁環被快速射出。

 不過,通過螺線管的電流可是交流電耶!0~T/4時電流正向增大,鋁環應感應出反向磁場,T/4~T/2時電流正向減小,則鋁環應感應出同向磁場,如此循環… 可是為什麼鋁環始終受斥力作用呢?

假設通過螺線管的電流,而螺線管中的磁場由安培定律可知與螺線管的電流 I 同相。但是由於磁通量在改變,故會產生感應電動勢e以推動鋁環內電荷使其流動產生感應電流 i

所以其實,也就是說鋁環內的感應電流 i 和螺線管的電流 I 方向恆相反,故任何時候兩者之間永遠保持著斥力。

問題思考


1.若將鋁環換成木環,木環依然飛的起來嗎?

2.為何中間有裂縫的鋁環會飛不起來呢?

3.為何軟鐵棒不直接用整塊鐵棒而用一根根細鐵條呢?

4.影片中的銅環因較同大小的鋁環重,所以飛行高度較低,但小鋁環明明較大鋁環重量輕,可是為何小鋁環飛不高呢?

 

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