Розділ 4 Принцип роботи Гаус-гармати та її складові

Гаус не був конструктором гармати, але він зробив величезний вклад в теорію електромагнетизму, тому пристрій назвали на його честь. В основі гармати Гауса лежить принцип електромагнітної індукції. Цей принцип полягає в появі у провідному контурі, який знаходиться в магнітному полі, електрорушійної сили у разі зміни величини магнітного потоку, що проходить через поверхню, обмежену цим контуром – при цьому мається на увазі весь магнітний потік, навколишній контур, тобто створюваний як зовнішніми магнітними полями, так і струмом, що протікає в самому контурі. Несуттєво, чим викликана зміна магнітного потоку. Він може змінюватися в результаті переміщення контуру або поля одне щодо одного, або в результаті зміни струмів в ланцюгах, що створюють магнітний потік.

Прискорення в магнітному полі за рахунок сили Лоренца використовується не тільки в експериментальних гарматах, а й у широкому спектрі промислових і наукових пристроїв. Гармата Гауса складається з котушки індуктивності, всередині якої знаходиться ствол з діелектрику (Рис.3). В один з кінців стовбура вставляється снаряд, зроблений з феромагнетику. При протіканні електричного струму в соленоїді виникає магнітне поле, яке розганяє снаряд. Принцип роботи гармати Гауса полягає в наступному: якщо подати на соленоїд постійну напругу, то тіло, яке знаходиться у одного з його кінців «втягнеться» всередину нього. Це відбувається тому, що котушка намагнічує тіло, і сам соленоїд теж стає магнітом. Але на кінцях тіла створюються магнітні полюси, симетричні полюсам соленоїда. Щоб тіло вилетіло з соленоїда, треба прибрати напругу саме в той момент, коли воно досягне його середини. Тоді магнітне поле не заважатиме рухатися тілу далі за інерцією. Таким чином, ми підходимо до першої проблеми – при досягненні тілом середини котушки, магнітне поле починає перешкоджати подальшому руху. Для найбільшого ефекту імпульс струму в соленоїді повинен бути короткочасним і потужним. Як правило, для отримання такого імпульсу використовуються конденсатори з високою робочою напругою. Чим вище буде напруга і сила струму, що прикладається до котушок, тим сильніше буде вплив магнітного поля на снаряд. І тут криється друга проблема – швидке перемикання заряду між котушками. Не дивлячись на сотні аматорських сайтів і десятки тисяч можливих конструкцій гармат Гауса, ефективного і технологічно простого механізму перемикання досі не створено. Головна проблема – при високих значеннях сили і напруги струму – перегоряють кремнієві елементи. Механічне ж перемикання або дуже неточне, або вкрай складне у виготовленні. Джерелом живлення у всіх наявних на сьогодні моделях прискорювачів подібної конструкції виступають блоки конденсаторів. Заряджаємо конденсатор та розряджаємо його на котушку. Головне – розрахувати, щоб ємності вистачило до того моменту, коли снаряд досягне середини. Тоді досягається найбільший ККД. При цьому ККД перетворення енергії магнітного поля котушки в кінетичну енергію снаряда не перевищує 2%! Частково цей недолік можна компенсувати використанням багатоступінчастої системи розгону снаряда, але в будь-якому разі ККД рідко досягає 30%.