Elektromagnetische Kräfte | Gausskanone für Fortgeschrittene

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Imrahil

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Wer kennt sie nicht, die Gaussgun, oder wenn nicht die dann zumindest die Railgun.
Beliebtes Versuchsprojekt für Hobbybastler aber die Physik die dahinter steckt ist böse.
Ich hatte die Idee dass man die Kraft die bei einer Gausskanone wirkt nochmal extrem verstärken könnte wenn man nicht auf die Induktion, sondern auf ein zweites Magnetfeld setzt.
Die Idee in der Skizze im Anhang.
Und wenn man lustig ist nimmt man statt des permanent Magnete einen zweiten Elektromagneten.
Jetzt mangelt es mir leider an physikalischem Fachwissen, ich will nämlich die Kraft berechnen die bei einer solchen Anordnung entsteht!
Wenn ihr Leute kennt (oder das selber beantworten könntet) dann antwortet mir doch einfach mal und helft mir auf die Sprünge ;)
Imrahil
 
Das ist nichts weiter als eine Spule welche durch Induktion ein Elektromagnet wird, schieb noch nen Eisenkern rein und das Ding wird stärker. Einen anderen Magneten reinzustecken wäre nicht von großem Ergebniss. Ein Eisenkern reicht aus :) Auserdem ist ein Permanentmagnet im Vergleich zum Elektromagneten ein einziger Witz. Die stärksten Permanentmagneten auf der Erde reichen nicht mal annähernd an die Spulen und halbwegs modernen (größeren) Elektromotoren heran.

Wenn du das Ding stärker machen willst dann gib der Spule mehr Windungen und hau mehr Strom rein ;)

Und wenn du das Ding zur "Waffe" machen willst dann würd ich das Prinzip der Brownschen Röhre aufgreifen. (Dort funktioniert das mit der Lochblende und den Elektronen ganz ähnlich)
 
Erinnert mich auch irgendwie an X-COM bzw. UFO :D
x2u27.gif


Ich glaube kaum das du eine funktionierende Waffe damit zustande bekommts.
Selbst die Wissenschaftler mit ihrer Präzisionsausrüstung sind daran gescheitert.
Die Funktionsweiße dieser Waffe ist bis jetzt nur hypotetisch.
 
das kommt ganz drauf an, wie man es sieht.

das taschenmodell ist natürlich nur spielerei.
der 2te und 3te link zeigen geräte mit recht hoher durchschlagskraft - natürlich trotzdem unvergleichbar mit einer aktuellen pistole oder ähnlichem. verletzen kann man damit aber durchaus, das ist kein kinderspielzeug !
auch bei der präzision wirste wohl probleme kriegen, obwohl nur an der unproffesionellen fertigunsgweise liegt - ne normale pistole bauste dir daheim auch nicht sehr präzise zusammen. bei einer entsprechende maschinellen fertigung ließe sich das sicher optimieren.

um nochmal zum letzten gerät zu kommen: das ding hat eine "lange" aufladezeit (ich meine, etwas von 20 sec gelesen zu haben". bei einer schießerei haste verloren - aber dafür sind die dinger doch auch net gedacht :) (bleiben wir mal realistisch: das ding zusammenzuschrauben, 2 wassermelonen zu löchern und sich das ding dann in ne vitrine reinzustellen kommt doch schon cool 8))
 
Also: Eine Gausskanone ist ja nichts anderes als ein praktisch verwandter Teilchenbeschleuniger. Das die Teschnik funktioniert, beweisen uns jeden Tag Fernseher, CRTs und Mikrowellen. Das problem ist, wie bereits erwähnt die Frage nach der Waffenwirkung, d.h. nach der kinetischen Energie. Da ist in jedem Fall Schwarzpulver günstiger. Auch im Weltall (der ursprüngliche "Wirkungskreis der GK) kann man mit Treibsätzen effizienter arbeiten.
 
Das war ja alles nicht die Frage ;)
Ich will wissen wie ich die Kraft berechne.
Wichtig: das ist keine Railgun und nur sehr bedingt eine Gaussgun.
Die Railgun basiert auf der Lorentzkraft und die Gaussgun bedient sich der Induktion, während ich ganz bewusst auf Induktion verzichte und die bewegliche Spule mit Strom versorgen will!
Jetzt nochmal back to topic: wie berechne ich die Kraft die da entsteht abhängig von der Feldstärke?
Imrahil
 
Junge, auch wenns dich interessiert. Lass die Finger von Waffen.
Töten kann man auch virtuell.
 
omg, das hat doch nichts mit ner Waffe zu tun, vielmehr ist ne interessante Frage.


Ich mache mir ne neue Sig:

Lasst die Finger von Messern, töten kann man auch virtuell... 8)
 
Original von Imrahil
Die Railgun basiert auf der Lorentzkraft und die Gaussgun bedient sich der Induktion, während ich ganz bewusst auf Induktion verzichte und die bewegliche Spule mit Strom versorgen will!
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Weißt du was Induktion ist? Ich glaube nicht? Und die Physik dahinter macht man in der Mittelstufe.
Kanns sein, dass es hier mal einen anderen Imrahil gegeben hat?

Hier hast du deine Gauß Rifle:
Das Geschoss befindet sich in einer Reihe von Spulen (selten wird nur eine Spule verwendet), die von einem starken elektrischen Strom durchflossen werden und dabei ein Magnetfeld erzeugen. Der dazu notwendige kurze und sehr kräftige Impuls wird meistens mit Hilfe von Kondensatoren erzeugt, welche über die Spule kurzgeschlossen und somit schlagartig entladen werden

Jetzt musst du mehrere Spulen, mit vielen Windungen in Reihe schalten und die mit einem Kondensator kurzschließen, der Aufgeladen wird und dann schlagartig seinen Strom weiterleitet. Wenn das Projektil nach der Schraubenregel (google mal) richtig gerichtet ist und in der Spule ein Magnetfeld entsteht, schießt es raus.

Frag mal einen Physiklehrer an deiner Schule. Vor allem solltest du mal wissen was Induktion und Lorentzkraft überhaupt sind? Aufgrund der Lorentzkraft entsteht erst Induktion und Induktion sehe ich hier keine?!
 
Original von Imrahil
Die Railgun basiert auf der Lorentzkraft und die Gaussgun bedient sich der Induktion, während ich ganz bewusst auf Induktion verzichte und die bewegliche Spule mit Strom versorgen will!
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Physik untere Mittelstufe ...
Also mal ehrlich, wenn man "ohne Induktion" einen Elektromagneten erzeugen möchte dann sollte man sich echt fragen ob das das richtige Hobby für einen ist ...

Am Besten wäre es wirklich wie ghostdog schon gesagt hat, wenn du nochmal mit nem Physiklehrer darüber sprichst und dir das erklären lässt, die Thematik die dahinter steckt ist nicht sehr komplex.
 
Ok, jetzt mal ein bischen Mittelstufenphysik (mit der du das Problem lösen willst... HAHA):
Wenn man zwei Stabmagneten mit dem gleichen Pol aneinanderhält stösst sich das ab.
Je weiter man weg ist desto schwächer ist die abstossung.
Danke, und da hört die Mittelstufe auf.
Dass ich die Induktion nicht abschalten kann ist mir vollkommen klar.
Gemeint war dass ich die Stromversorgung nicht durch Induktion sondern durch ein Kabel veranlassen will.
Und es ist immer noch niemand auch nur einen Zentimeter auf die Frage zugegangen ;)
Achja, dieses Thema ist so schwer zu bearbeiten dass mein Physiklehrer gepasst hat...
Und ich hab Physik 4 stündig!
Imrahil

*EDIT*
Noch was: da is natürlich induktion. Die magnetischen feldlinen stehen horizontal zu nem Leiter die Elektronen werden durch die Lorentzkraft bewegt und es wird eine Spannung induziert!
 
Original von Imrahil
Ok, jetzt mal ein bischen Mittelstufenphysik (mit der du das Problem lösen willst... HAHA):
Wenn man zwei Stabmagneten mit dem gleichen Pol aneinanderhält stösst sich das ab.
Je weiter man weg ist desto schwächer ist die abstossung.
Danke, und da hört die Mittelstufe auf.
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Nun, gelinde gesagt weiß das jedes 3 jährige Kind das mit 2 Magneten spielt.
Und erzähl mir nichts von "Da hört die auf" Ich hab seinerzeit in der 8.ten Klasse sowas gemacht.

Original von Imrahil
Dass ich die Induktion nicht abschalten kann ist mir vollkommen klar.
Gemeint war dass ich die Stromversorgung nicht durch Induktion sondern durch ein Kabel veranlassen will.
Und es ist immer noch niemand auch nur einen Zentimeter auf die Frage zugegangen ;)
Achja, dieses Thema ist so schwer zu bearbeiten dass mein Physiklehrer gepasst hat...
Und ich hab Physik 4 stündig!
Imrahil
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"Gemeint war dass ich die Stromversorgung nicht durch Induktion sondern durch ein Kabel veranlassen will." Kannst du mir das bitte nochmal erklären :rolleyes:

Und das dein Physiklehrer das nicht "packt" zeigt nur das du anscheinend nicht gefragt hast, ich kann mir nicht vorstellen das jemand der sich Physiklehrer nennen darf so eine Thematik nicht während eines Handstandes erklären kann.

Original von Imrahil
Noch was: da is natürlich induktion. Die magnetischen feldlinen stehen horizontal zu nem Leiter die Elektronen werden durch die Lorentzkraft bewegt und es wird eine Spannung induziert!
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Ich hoffe du verstehst was du da sagst ;)
 
Lol.. willst du das Problem etwa quantenmechanisch lösen? :D Wir können dir nicht helfen, wenn du selbst nicht weißt wovon du redest. Wenn du glaubst, dass wir selbst zu wenig Ahnung haben:
http://www.matheplanet.com melde dich an und schreib in den Physik Teil, das sind zum größten Teil Doktoranten, Doktoren, Studenten und Teilweise auch Profs (Danke habt mir während dem Abi gut geholfen), vielleicht verstehen dies ja und können dir weiterhelfen.
 
ok, was ist an der Formulierung eigentlich so schwer?
Beispiel zur Situation: Ich sage ich möchte gerne wissen was passiert wenn ein Blitz einschlägt und ihr fangt an übers Wetter zu reden X(
Ich möchte die Abstossende Kraft zwischen zwei Magneten berechnen.
Ich bin mir durchaus im klaren über Induktion (soweit mein Lehrer sie richtig erklärt hat, ja klar, es gibt noch die Studiumsversion der Wahrheit, die will ich wahrscheinlich grad anfordern) aber weder in der Mittelstufe NOCH in der Oberstufe wird einem erklärt wie man diese Kraft berechnen kann!
Es wird gesagt dass sie da ist, dann wird die Lorentzkraft eingeführt doch diese kraft erklärt NICHT wieso sich zwei Magneten (auch elektromagneten) abstossen wenn die Feldlinien antiparallel ausgerichtet sind (also gegenläufig), geschweige denn wie groß die Kraft mit der sie das tun ist.
Die Lorentzkraft ist in dem beispiel hier ja durchaus vorhanden, da Stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld liegen, allerdings gleicht sich das aus da es ein runder Leiter ist der den Kern des Magnetfelds umschliesst.
Imrahil

P.S.: Ja ich habs gesehen ich hab doch tatsächlich Induktion falsch erklärt, ich weiss es ist die Magnetfeldänderung die die Induktion hervorruft. Bitte räum mir so einen Irrtum ein um die Uhrzeit.
 
So...da werde ich mal versuchen, Licht ins Dunkle bringen:

Die Kraft wird durch die Ableitung der Feldenergie nach dem Ort berechnet:

Fx = dW/dx

Wenn man zwei Stabmagnete nahe genug zusammen bringen, ist das magnetische Feld B und damit die Energiedichte Á = BH/2 zwischen den Polen nahezu homogen und es gilt:

W = V*Á = Ax*Á

und die Kraft ist demnach

Fx = dW/dx = A*Á = ABH/2

bei zwei gleich großen Magneten (homogene Feldverteilung) berechnet sich die Anziehungskraft zwischen beiden Enden so:

F=AB?/(2?0)


A...Querschnittsfläche der Polschuhe
B...Feld im Luftspalt ist gleich dem B-Feld im Eisenkern mit


B = ??0IN/L


N/L: Zahl der Wicklungen pro Länge
I: Stromstärke
?: relative Permeablität



inhomogene Felder (unterschiedlich geladenen Elektromagneten)

Hier musst Du als erstes die Feldverteilung und damit die Feldenergie E für einen Abstand x ausrechnen und dann für einen Abstand x+dx und die Kraft ist dann:

F = (E(x+dx)-E(x))/dx

____________________________________________

Du hast jedoch noch ein Verständnisproblem - die magnietische Kraft bei stromdurchflossenen Leitern (mit Kern also Elektromagneten) lässt sich so einfach nicht ausrechnen, Du musst die magnetische Kraft auf den Stromdurchflossenen Leiter berechenen, der wiederum aus infinitesimalen Leiterstückchen zusammengesetzt ist:

dF = I (dl x B) ... x hier Kreuzprodukt

Bei zwei stromdurchflossenen Leitern hilft Dir nur noch das Gesetz von Biot-Savard, das wiederum auf die Maxwell'schen Gleichungen aufsetzt, das alles ist nur nach "etwas" theoretischer Elektrotechnik halbwegs und nach vielen Übungen dann endlich auch ein bisschen verständlich.

Wenn Du trotzdem Interesse hast - hier findest Du was - ich finde einfacher ist es nicht zu beschreiben, allerdings ist ja das, was man ohnehin kann meist sowieso recht verständlich. ;)

Glaube mir - die Kraftwirkung einfacher Leiterschleifen aufeinander auszurechenn erfordert schon ein hohes Maß an Können und Wissen - bei ganzen Spulen sollte man, sofern kein totaler Physik/Elektrotechnik-Freak, ziemlich schnell kapitulieren - die Formeln sollten dann Blöcke einnehmen - vom eigentlichen Verständis der Zusammenhänge und dem Überblick ganz zu schweigen.
 
Genau was ich suchte, ok eine Frage zur Ungefähren Einschätzung: in welcher größenordnung ist denn die Energie die hier frei wird (und die zur Kraft wird?)
0,x/1x/1xx/etc. Joule?
Es geht ja hier um einen sehr praktischen Versuch wo ich nur vorab die ungefähre Größenordnung der Energie und eben auch der Kräfte kenne will um meine Sicherheitsmassnahmen anpassen zu können ;)
Im Beispiel also zwei Elektromagneten mit 1T Feldstärke und einem durchmesser vom inneren von 4cm und dem äusseren von 4,5cm, länge von beiden 10cm.
Der Innere ist um einen Stahlkern gewickelt.
Imrahil
 
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