Como fazer uma pistola de bobina eletromagnética

Coil Gun, como muitas pessoas pensam (incluindo eu) não é apenas um brinquedo divertido com um tubo e algumas bobinas ao redor que podem atirar projéteis a uma certa distância. Cientistas do Sandia National Laboratories acreditam que um canhão helicoidal pode ser projetado para acelerar partículas a uma velocidade maior, que é alta o suficiente para escapar da gravidade da Terra. Sim, você ouviu direito! A espingarda pode ser usada para lançar satélites no futuro. Talvez haja pessoas que já experimentaram e também estão trabalhando nisso. Além das aplicações espaciais, os militares também parecem estar interessados ​​em outra forma de metralhadora chamada Rail Gun ou Railway Gun, que pode disparar projéteis.

Tudo isso me interessou em construir a minha própria versão Coil Gun. Além disso, é muito gratificante brincar e assistir os projéteis de metal sendo lançados para fora da bobina com o clique de um botão. Antes de começar, gostaria de deixar claro que este projeto é puramente educacional, então se você está procurando construir esta arma para escapar daquele valentão em sua escola, então provavelmente você deveria visitar um psicólogo. O projeto também envolve peças de metal voadoras e altas tensões, então tome cuidado ao trabalhar com elas. Dito isso, vamos começar.

Materiais requisitados

• Fio de cobre (esmaltado)
• Sensor IR (tipo de medição de velocidade)
• IRFZ44N MOSFET
• BC557 PNP Transistor
• Resistor de 10k e 1K
• Regulador 7805
• 0,1uF
• Botão de apertar
• Tábua de pão
• Fonte de alimentação (RPS)
• Bateria 9V

Como funciona uma arma de bobina?

O princípio básico por trás de um Pistola de Bobina é que um condutor de corrente induz um campo magnético ao seu redor, o que foi afirmado por Faraday. Para melhorar a força desse campo magnético, o condutor de corrente é enrolado na forma de uma bobina. Agora, quando esta bobina é alimentada, ela produz um campo magnético ao seu redor que é forte o suficiente para atrair peças de metal (ou outro Ferro magnético), também conhecido como projéteis.

Tal arranjo só atrairá o projétil para dentro dele de uma extremidade e quando atingir a outra extremidade será novamente atraído para dentro da bobina e, portanto, o projétil permanecerá dentro da própria bobina após algumas oscilações. Isso ocorre porque durante o processo o projétil fica magnetizado e age como um ímã, de modo que, enquanto o campo magnético estiver presente, o projétil (ímã) tenderá a permanecer apenas dentro da bobina. Mas uma bobina deve lançar um projétil para fora dela, então devemos usar um sensor para verificar se o projétil atingiu a outra extremidade da bobina e quando a bobina deve ser desligada, desta forma o projétil vai viajar com a mesma velocidade e escapar da bobina.

Pode parecer simples, mas a complexidade pode ser aumentada usando mais de uma bobina. Usando várias bobinas, a velocidade do projétil pode ser aumentada enquanto ele passa pela bobina. Outra tarefa desafiadora é obter corrente suficiente para a bobina. A bobina pode consumir em qualquer lugar entre 5A a 10A a 24V com base no número de voltas e espessura da bobina. Portanto, para fornecer uma corrente tão alta, a maioria das pessoas usa um grande capacitor para lidar com isso. Mas em nosso tutorial para manter as coisas simples , vamos construir uma pistola de bobina de estágio único e alimentá-la com uma unidade RPS.

Diagrama de circuito

O diagrama completo do circuito para esta pistola de bobina de estágio único é mostrado na imagem abaixo.

Como você pode ver, o circuito é bem simples. O principal componente do circuito é a própria bobina; veremos como o construiremos no próximo título. A bobina é alimentada por uma tensão de alimentação de 24 V do nosso RPS, a alimentação é controlada (comutada) através de um N-Channel MSFET IRF544Z. O pino Gate do transistor é puxado para baixo através de um resistor de 10k (R1) e o diodo D1 é usado para desviar a corrente reversa quando a bobina descarregar.

O MOSFET é de canal N e, portanto, permanece desligado até que uma tensão de limiar de porta, neste caso, 5 V seja fornecida ao pino de porta. Isso é feito com um botão de pressão através de um transistor PNP (BC557), quando o botão é pressionado o 5V é fornecido ao pino do Gate do MOSFET e a bobina é ligada. Isso atrairá o projétil e o empurrará para a outra extremidade. Assim que o projétil atinge a outra extremidade, o sensor IRirá detectá-lo e enviar um sinal de 5 V ao pino base do transistor PNP através do resistor limitador de corrente 1K. Isso abrirá o transistor e, portanto, os 5 V do MOSFET serão desconectados e a bobina também será desligada. Portanto, o projétil escapará da bobina e será lançado. O 5V para alimentar o sensor IR e acionar o transistor e MOSFET é regulado por um regulador de tensão 7805 IC de uma bateria de 9V.

Enrolando a Bobina

Como dito anteriormente, o componente mais importante neste circuito é a bobina. Antes de começar a enrolar a bobina, você deve decidir qual será o tamanho do seu projétil, no meu caso estou usando uma chave de fenda como projéteis. Mas você pode selecionar qualquer coisa que tenha propriedades magnéticas de Ferro. Depois de selecionar o projétil, temos que selecionar uma estrutura semelhante a um tubo de buraco que seja apenas o suficiente para deslizar o projétil sem muito atrito. Tentei usar uma caneta de recarga vazia e funcionou muito bem para mim. Você pode selecionar um com base no tamanho do seu projétil. O comprimento da base cilíndrica pode ser de até 5 cm. Finalmente também compre fio de cobre esmaltado de espessura média, o meu tem 0,8 mm de espessura.

Depois de reunir todos os materiais necessários, toque sua lista de reprodução favorita e comece a enrolar a bobina em cima de sua base cilíndrica. Certifique-se de que o enrolamento não se sobrepõe e não se solta facilmente. Depois de afinar a primeira camada de enrolamento, você pode usar uma fita isolante (fita isolante) para prendê-la no lugar e, em seguida, começar a alisar a segunda camada em cima dela da mesma forma. Observe que você deve sempre enrolar a bobina em apenas uma direção, se você começou da esquerda para a direita depois de chegar ao final da primeira camada, comece novamente da esquerda para enrolar a segunda camada. Você pode repetir esta etapa até chegar a 5-7 camadas. Fiz cerca de 6 camadas com cada camada tendo aproximadamente 60 voltas. Meu arranjo de bobina é parecido com o mostrado na imagem abaixo.Usei dois discos impressos em 3D (cor branca) apenas para prender a bobina no lugar, eles são opcionais.

Trabalhar com bobinas é sempre desafiador e é preciso enrolá-lo corretamente para funcionar corretamente, como no Projeto de Bobina Tesla, muitas pessoas não obterão a saída correta por causa do enrolamento incorreto da bobina.

Trabalho da Mini Coil Gun

Depois de construir a bobina, você pode prosseguir com a conexão com o resto do circuito da pistola de bobina. Lembre-se de que a bobina pode consumir até 5A e, portanto, a parte da bobina não pode ser construída em uma placa de ensaio porque as placas de pão são normalmente avaliadas apenas para 500 mA. Portanto, você pode construir o circuito completo em uma placa de desempenho soldando os componentes ou seguir uma maneira rudimentar de soldar as linhas de alta potência diretamente através de uma placa de ensaio, conforme mostrado na imagem abaixo.

Como você pode ver, a bobina é energizada pelos clipes da fonte de alimentação regulada (clipes jacaré) por meio de um mosfet cujos pinos são soldados diretamente aos fios. O pino da porta do mosfet requer apenas 5 V e, portanto, é levado para a placa de ensaio onde o circuito restante, incluindo o regulador de tensão, o transistor e a chave, é construído. A placa de ensaio é alimentada pela bateria de 9 V através dos clipes da bateria.

Para testar o projeto da bobina, basta colocar a peça de metal dentro da bobina e pressionar o botão na placa de ensaio. Isso deve lançar o projétil fora da bobina. Além disso, certifique-se de não pressionar o botão continuamente, pois isso irá energizar a bobina novamente após o projétil ser lançado e pode danificar a bobina permanentemente. O funcionamento completo do projeto pode ser conferido no vídeo.

Espero que você construa o projeto e o faça funcionar. Se você tiver alguma dúvida, pode deixá-la na seção de comentários abaixo ou postá-la em nossos fóruns para outras questões técnicas.