2011年10月14日金曜日

速度表皮効果

どうやら私は、かなりの思い違いをしていたらしい。

それは、「速度表皮効果」である。

一度発生した磁界はその中心に電流路を保持しようと働くため、
移動する投射体に対しては電流路を後方に限定し、
レール上の電流路は砲の先の抵抗値が上昇する。
これは交流電流による表皮効果と同じように働き、
移動が充分に高速であれば、まず過大な抵抗によるジュール熱によって伝導体の後端から溶解をはじめ、
さらに高速であればプラズマ化してしまい、通常の砲のように密閉されていなければ、
新たな電流路となったプラズマはローレンツ力と速度表皮効果の両方を受けて複雑な挙動をしながら、
結局加速に関与しないで散逸する。この効果によって、
ある実験ではいくら電流を増やしても7km/sで頭打ちになった。
400m/sでの銅レールの「表皮厚」は1mmであった。 wikiより引用

ʅ(´◔౪◔)ʃ という方もいらっしゃると思うので、簡単に言いますと。

「プラズマは加速されない」 ということです。

私がレールガンを知ったのレールガンのは先駆者であるkisaragiさんのサイトを見てからでした。
それ以来、つまり実験当初から伝導体をプラズマにして加速させ、
発射するという概念が私の中にずっとあり続けていました、が、
それ自体が根本的に間違っていたようです。

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これはレールガン(Railgun) LAVALproject 02の動画の最後におまけとしてやった発射映像です。
遊び半分でやりましたが、実はこれが一番重要だったりします。

この時、弾は無装填、スチールウールのみを装填して実験していました。
普段は0.1gのスチールウールを装填するところを、
この時はその10倍の1gのスチールウールを装填していました。

見てわかるように、プラズマはほとんど確認できず、燃えたスチールウールが発射されています。
ここで重要なのは、スチールウール増大ゆえの現象です。
それがスチールウールが射出された時の速度です。 ほかの映像と見比べると、
明らかにこの映像に限りスチールウールが高速度で射出されています。
つまり、スチールウールにローレンツ力がいつも以上に掛かっていたことがわかります。
それゆえか、いつもよりレールガンの反動が大きく、後ろに5cmほど後退しました。

ただ単に爆圧によって後退しているだけかもしれませんが、
ローレンツ力による反動の方が有力だと思います。

その可能性はこの動画にあります↓



これはアメリカにある世界最大のレールガンです。
入力も数百メガジュールから数ギガジュールと桁違いです。

でも今回重要なのはこのシーンです↓

スナップショット 1 (2011-10-13 16-03)

レールガン後部の発射の瞬間です。

よく見てください、このレールガンは後ろが塞がれていないのです。
にも関わらず、この大きな巨体は後ろにバックするほどの反動を受けているのです。
これがローレンツ力による後退を裏付けるのではないか?と考えています。

さらに話は続きます。

話をレールガン二号機に戻します。この射撃の後のレールの状態がいつもと違っていました。

CIMG1256.jpg
クリックすると拡大できます ※当時使用していたレールの一部です。
この時に限り、レール全体に(すじ状の)放電痕のようなものを確認しました。

これが放電痕であれば、レール全体で加速がされていた証明になります。

逆を言えば、今までのレールガンは初期加速しかされていないという意味にもなります。
疲れてきたのでこの辺でまとめます
さて、今後実験対象にスチールウールの装薬量の比較も入れて実験しなければなりませんね。

分厚い銅板を使用した時に効率がよかったのも、この為かもしれません。

これからもレールガンの研究はまだまだ続きます(来年の4月でいったん休みますが…)

では。

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