Beste @jozef,
Jullie hebben al flink wat onderzoek gedaan! Een mechanische lineaire versneller is een erg slimme oplossing aangezien er geen ingewikkelde electronica nodig is die ook een limiet leggen aan het voltage en stroomsterkte. Qua design lijkt het erop dat jullie weten wat jullie willen maken, en het grootste probleem in mijn ogen ligt inderdaad bij de energiebron en het gebruikte voltage.
Als jullie simpelweg zo'n hoog mogelijke versnelling willen, is inderdaad zo veel mogelijk stroom door de spoel laten lopen de juiste optie. Dit raad ik echter zeker niet aan omdat je dan met gevaarlijk hoge voltages en stromen aan het werk bent waar veel ervaring voor nodig is om veilig mee om te gaan.
Natuurlijk wordt het maximale voltage (en daarmee de maximale stroom) bepaald door de regels die jullie school opleggen. Ik zou even langs een Natuurkunde docent of de directeur gaan om te vragen wat voor maximale energie jullie mogen gebruiken.
Ik zal de volgende vragen antwoorden ervanuitgaande dat jullie een duidelijke grens hebben gekregen van jullie school.
Om zoveel mogelijk elektrische energie om te zetten in versnelling is het belangrijk om de weerstand van de spoel zo laag mogelijk te houden. De spanningsbron zal namelijk een bepaalde stroom genereren in de spoel (die jullie met de wet van Ohm uit kunnen rekenen). Deze stroom bepaalt samen met de aantal windingen de magnetische veldsterkte in en buiten de spoel. En dit veld samen met de sterkte van de magneten van de rails bepaalt de versnelling.
Ik raad aan om uit te zoeken hoe je het beste de weerstand van een spoel kan meten. Met deze waarde kunnen jullie de stroom bepalen die door de spoel zal lopen, en daarmee een schatting maken voor de temperatuur van de spoel (en deze even vergelijken met het smeltpunt van de spoel ;)
De kabels die naar de spoel lopen kunnen het beste een zo'n laag mogelijke weerstand hebben zodat er geen energie verlies is tussen de bron en de spoel.
Voor de baan zou het in mijn ogen prima werken om de magneten aan hout te monteren. Eventueel kunnen jullie een rails 3D printen (wij geven een workshop waar dit zou kunnen). Maar dat kost tijd voor het modelleren en printen.
De reden dat koper veel wordt gebruikt is omdat het een relatief goedkoop is, erg goed stroom geleid en een hoge thermische geleiding heeft. Deze dingen samen maakt het erg bruikbaar voor zowel kabels als spoelen.
Dan als laatste wat voor energie bron er kan worden gebruikt: Een spannings bron zoals jullie vast wel eens hebben gebruikt bij een Natuurkunde practicum is een goede keuze. Deze kan constant een bepaald voltage leveren. Dan kunnen jullie ook experimenteren met verschillende voltages.
Voor de versnelling die jullie kunnen verwachten: dit hangt volledig af van de hoeveelheid spanning die jullie willen en mogen gebruiken. Spanningsbronnen van 48V kunnen erg gevaarlijk zijn, en zeker wanneer je werkt met open circuits zoals in jullie opstelling. Het perongeluk aanraken van een blootgestelde kabel of een spoel die onder stroom staat lijkt misschien op een fout die te stom is om te maken, maar het gebeurt vaker dan je denkt.
Als jullie een wat lager voltage gebruiken zal met de magneten en spoelen die jullie nu hebben, de versneller zeker wel werken! Ik zou geen kracht zoals op een vliegdekschip verwachten, maar zeker genoeg om een papieren vliegtuigje te lanceren.
Ik hoop hiermee de meeste vragen te hebben beantwoord. Als er meer vragen zijn, stel ze vooral! Dan kom ik daar op terug. Als jullie een wat diepgaander gesprek willen houden over het ontwerp, de componenten of de onderliggende Natuurkunde (mijn favoriet), dan kunnen we ook een gesprek plannen via bijvoorbeeld Zoom of hier fysiek in Delft.
Veel succes!
Groetjes,
Liam
