اتصال کوتاه

.

.

.

«تفنگ الکترومغناتیسی» که به آن «تفنگ گاوس» هم می‌گویند، یک «شتاب‌دهنده‌ی جرم» است. شتاب‌دهنده‌ای که به کمک خودالقاییِ الکترومغناتیسی به یک «پرتابه»‌ی آهنی شتاب می‌دهد. به این ترتیب می‌توان فرض کرد که پرتابه به سرعت تقریباً بی‌نهایت برسد. شرط اولیه برای به تحقق پیوستن این فرض، اما، آن است که مقدار بی‌اندازه زیادی انرژی الکتریکی صرف شود.

مبنای این موضوع بسیار ساده است: یک خازن را با ولتاژی در بازه ی 300 تا 400 ولت پُر می‌کنیم. حال، اگر بار الکتریکی ذخیره شده در این خازن را در یک سیم‌پیچ تخلیه کنیم، برای مدت کوتاهی یک میدان آهنربایی بسیار نیرومند در آن پیدا خواهد شد. این میدان مغناتیسی توانایی آن را دارد که به عنوان مثال یک پرتابه‌ی آهنی را به صورت لحظه‌ای به خود جذب کند. چون که این جذبِ پُرتوان در زمان خیلی کوتاهی اتفاق می‌افتد، و از سوی دیگر عاملی برای متوقف‌کردن آن پیش‌بینی نشده است، پرتابه پس از گذشت لحظه‌ی تخلیه‌ی خازن به پرواز خود ادامه خواهد داد. اگر به جای ولتاژ لحظه‌ای، یک ولتاژ دایمی به سیم‌پیچ داده می شد، جریان ثابتی در آن برقرار می‌گردید و پرتابه توسط نیروی دایمیِ آهنربایی در داخل سیم پیچ نگه‌داشته می‌شد.

خوب، تا اینجا با اصل موضوع آشنا شدیم. حالا باید فقط به فکر این باشیم که خازن الکترولیت ما، که به عنوان مثال 600 ولت روی 4000 میکروفاراد دارد، وقتی آن را به سیم‌پیچ وصل می کنیم مانند آن است که از روی میزکارمان توپ درمی‌کنیم!

اما چگونه می توانیم خازن را به سیم‌پیچ وصل کنیم، بدون آن که صدای مهیب انفجاری ایجاد شود؟ خیلی ساده! به یاریِ یک «تریستور»! باید پیش خودتان این طور تصور کنید که تریستور دارای 3 پایه است. به یکی از آن‌ها یک سرِ سیم‌پیچ وصل می‌شود و یک پایه‌ی دیگرش به خط مثبت تغذیه می‌رود. قطب منفی خازن ما به سر دیگر سیم‌پیچ وصل می‌شود. حال اگر بین این دو پایه ی تریستور اتصال کوتاه کنیم، همان صدای مهیب تولید خواهد شد، اما اگر به پایه‌ی سوم تریستور ولتاژِ کمی بدهیم، مثلاً از یک باتری، دو پایه‌ی دیگر تریستور مانند آن است که به یکدیگر وصل می‌شوند. تفاوت در این است که این بار از صدای مهیب انفجاری خبری نیست. خوب شد، این طور نیست؟ ما در این نگاشته‌ی کوتاه قصد نداریم وارد جزییات کسالت‌آورِ کار تریستورها شویم، به این خاطر خیلی سریع به تفنگ برقی برمی‌گردیم. با دانسته هایی که تا اینجا به دست آوردیم، الان بهتر می‌توانیم عملکرد مدار را درک کنیم.

.

.

در مداری که در اینجا معرفی شده، یک ترانسفورماتور 220 به 300 ولت به کار رفته است. این ترانس از سمت اولیه ی خود به شبکه ی برق شهری 220 ولت وصل می شود. بنابراین به کسانی که تجربه و تسلط کافی به کار با برق را ندارند اکیداً توصیه می کنیم که این مدار را نسازند. اما اگر به مسوولیت خودشان آن را ساختند، همواره زیر نظارت یک فرد متخصص این کار را انجام دهند.

.

.

در ثانویه ی ترانسفورماتور ولتاژ 300 ولت متناوب خواهیم داشت. روشن است که با ولتاژ متناوب نمی‌توان خازنی را شارژ کرد. به این دلیل روی ثانویه ی این ترانسفورماتور دو عدد دیود یکسوساز پیش بینی کرده ایم تا ولتاژ پیش گفته را به صورت جریان مستقیم درآورد. یک باتری معمولی 9 ولت از طریق یک مقاومت عمل راه اندازی (آتش کردن یا «تریگ») پایه ی کنترل تریستور، یعنی «گِیت» آن را به عهده دارد. همان طور که در شماتیک هم دیده می شود، مدار ما بسیار ساده و مختصر و مفید طراحی شده و تا جای ممکن از افزاره های کمی در ساخت آن بهره‌گیری شده است.

حالا توپ الکتریکی ما آماده‌ی شلیک است. با وجود این، باید نکته ای را یادآور شویم و آن این که شما هنگام به کارگیری این وسیله، باید بی‌اندازه احتیاط کنید تا از خازن پرشده با ولتاژ 300 ولت شوک الکتریکی به بدن تان وارد نشود، زیرا انرژی ذخیره شده در خازن، مثلاً در نمونه ای که من ساختم، معادل 300 ژول بود!

چالشی که در میان است، این است که از این 300 ژول در بهترین حالت تنها 5% اش به انرژی سینتیک تبدیل می شود. این بدان معنا است که پرتابه ی آهنی ما، در خوشبینانه‌ترین ارزیابی، فقط 15 ژول انرژی دریافت خواهد کرد. در بیش تر موارد فقط 1% نیروی خازن به انرژی جنبشی تبدیل خواهد شد که رقم رقت آور 3 ژول خواهد بود! با وجود این ارقام ناامیدکننده، همین 3 ژول ناقابل را هم نباید دست کم گرفت، چرا که قادر است یک قوطی نوشابه را «آبکش» کند!

.

.

یا حتی جان هیولاها (!) را هم بگیرد:

.

.

در پایان چند پیشنهاد و توصیه داریم که می تواند کارکرد تفنگ الکتریکی شما را بهبود بخشد:

• در ساخت سیم‌پیچ از سیم لاکی ضخیم استفاده کنید و تعداد دور زیادی بپیچید،
• لوله ی هدایت پرتابه را از جنس پلاستیک انتخاب کنید و هرگز نوع فلزی را به کار نبرید،
• ظرفیت خازن را، تا جایی که برای شما امکان دارد، بیش تر کنید، همچنین بالاتر بردن ولتاژ شارژ هم بسیار موثر است.

حتماً با «قانون اُهم» آشنا هستید که می گوید مقاومت = ولتاژ ÷ جریان . با بالارفتن ظرفیت خازن، به طور متناسب، شدت جریان تخلیه ی خازن در سیم پیچ هم افزایش پیدا خواهد کرد. اگر مسیرهای ارتباطی بین خازن و سیم‌پیچ مقاومت الکتریکی زیادی داشته باشند، جریان کوچک‌تری در مدار می‌تواند برقرار گردد و در نتیجه، خازن برای تخلیه ی کامل بار خود به زمان بیشتری احتیاج خواهد داشت و روشن است که طولانی شدن زمان حضور میدان مغناتیسی در سیم پیچ، سبب ترمزشدن پرتابه و کاهش سرعت آن خواهد شد. بنابراین لازم است که برای سیم های ارتباطی در مدار از ضخامت‌های بالا استفاده به عمل آید.

همچنین باید دانست که اگر ولتاژ شارژ بالا برده شود، با توجه به قانون اهم، جریان به مراتب بزرگ تری در کوتاه ترین زمان می تواند در سیم‌پیچ جاری شود، که در مقابل حالت پیشین به این معناست که پرتابه انرژی بیش تری دریافت خواهد کرد.

برای حسن ختام این نگاشته کلیپ زیر را انتخاب کرده ایم که می تواند برای آگاهی بیننده سودمند باشد:

.

.

همچنین، برای آشنایی با مبانی علمی این پدیدۀ الکترومغناتیسی، فیلم پیشنهادی ما را در سایت اتصال کوتاه در «آپارات» تماشا کنید. خوب است همۀ هفت قسمت این مجموعۀ آموزشی را ببینید.

.

.

.

منبع:

سایت teslaundmehr

.

.

مطالب مرتبط:

ساخت یک مدار تخلیه ی فرکانس رادیویی پرتوان

پیش بینی پیدایش سلاح های موتاسیونی و ژئوفیزیکی

معرفی کتاب: «بررسی تهدیدات الکترومغناطیسی و سناریوهای تهدید»

.

.

آخرین به روز رسانی: ششم آبان 1399

.

.

..