全國中小學科展

電磁砲

科展類別
全國中小學科展作品
屆次
第50屆--民國99年
科別
物理科
得獎情形
第三名
學校名稱
國立臺灣師範大學附屬高級中學
指導老師
葉華于
作者
葉達謙
關鍵字
coilgun,gaussgun,電磁砲

摘要或動機

線圈槍/炮指的是一種由電流通過的電磁線圈組成的直線電動機,將發射物發射出去的武器。這類武器可以將具有磁性的發射物提升到極高的速度。有時這種武器會被稱為高斯槍/炮,是為了紀念用數學方法描述電磁加速效應的卡爾 ? 弗里德里希 ? 高斯。
電磁炮是由一個或多個線圈,沿著槍管直線排列而組成,如下圖,線圈依次開關以確保發射物得到磁場的充分加速,就是當物體接近螺線圈時電容放電,遠離螺線圈時放電完畢。電磁炮並不是軌道炮(註1),後者會在軌道上給發射物通上強大的電流,且兩者的原理也不盡相同。第一個實用的電磁炮是由挪威物理學家克里斯蒂‧安奧拉夫‧伯克蘭製造和申請專利。
什麼是電磁炮或高斯槍?它是由一個管子加速一磁性物體。貫穿一系列電磁線圈(如電磁閥)。沒有火花或噪音和其它的副作用(如部件磨損)。經過精密的定時電路,依序激發每個線圈,這項原則可使發射體的速度迅速增加。
為什麼要建造電磁炮?它含有許多基本磁力機械的概念。電磁炮是一個簡單的直線馬達的例子,也是螺線管裡最重要的一個例子。這些螺線管看起來幾乎無處不在,從汽車門鎖到門鈴,從軟盤驅動噴射器到燃油噴射器。唯一不同的是,大多數螺線管的設計限制物體移動範圍,而且通常有一個彈簧使它彈回。
雖然電磁炮沒有工業應用,但目前有些人建議,這個系統可以用來發射在有效載荷範圍內的物體,並將之送入軌道。這是極具吸引力的,但還有許多技術上的挑戰,需要加以解決,才能被認為是可行的項目。更現實的應用例如(一) 利用一個長型電磁炮加速器,來啟動車輛,並給它一個初始速度,在離開電磁炮加速器時,讓車輛啟動本身的推進器,並使之進入軌道。這種啟動模式可以大大節省燃料成本。(二)從軍事角度來看電磁炮技術可以使用在未來作戰車輛,例如,它可以設計成一種所謂的'主動電磁裝甲'系統。超高速發射仍然是軌道炮(註1)的領域,如果有再進行研究的話。它可能令你驚訝地感到,電磁炮是新鮮事。


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