TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE COACALCO TESCO
PROFA: NORMA ITZEL SANCHEZ RICO
INTEGRANTES: RAMOS HINOJOSA JONATHAN EDUARDO LUNG FLORES JOAQUIN MEZA RIVERO EDGAR LOPEZ HUERT HUE RTA A ISRAEL IS RAEL HASHARON ARMANDO GARCIA MUÑOZ FRANCISCO BARCENAS
PROYECTO DE INVESTIGACION “CAÑON DE GAUSS”
INGENIERIA EN MECATRONICA
5311 INTRODUCCION
Un cañón Gauss (también conocido como coilgun, cañón Gauss o rife Gauss) es un po de cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnécamente un proyecl a una gran velocidad. a denominación !arma Gauss! proviene de "arl #riedric$ Gauss, quién %ormuló las demostraciones matem&cas del e%ecto electromagnéco usado por los cañones Gauss. os cañones Gauss son a menudo llamados equivocadamente cañones de riel por diversas %uentes, y mientras que ellos son similares en el concepto general (es decir un arma magnéca), di'eren en su %uncionamiento, dado que un cañón de riel acelera los proyecles sobre dos rieles conductores paralelos. os cañones Gauss son en esencia idéncos al proyector de masas, aunque a menor escala. risan ir*eland es considerado com+nmente el inventor del cañón Gauss electromagnéco, por el cual obtuvo una patente en -. /n -01, este inventor estadounidense desarrolló una ametralladora basada en un concepto similar al del cañón2 bobina pero las tentavas para converr su invención en un arma uli3able %racasaron, y la idea %ue m&s o menos olvidada durante años. 4 e5cepción de una %oto en algunas publicaciones, se sabe muy poco sobre ella. 6uc$os a'cionados usan diseños económicos rudimentarios para e5perimentar con estos. 7ales diseños deber8a incorporar el empleo de condensadores de fas$ de %otos de una c&mara desec$able como %uente de energ8a, y una bobina de ba9a inductancia para propulsar el proyecl $acia adelante.
DESARROLLO
Un cañón Gauss (también conocido como coilgun, cañón Gauss o rife Gauss) es un po de cañón que usa una sucesión de electroimanes para acelerar magnécamente un proyecl a una gran velocidad. a denominación !arma Gauss! proviene de "arl #riedric$ Gauss, quién %ormuló las demostraciones matem&cas del e%ecto electromagnéco usado por los cañones Gauss. CONSTRUCCIN
Un cañón Gauss, consiste en una bobina de alambre o solenoide con un proyecl de acero colocado a mediados de la bobina inicial. Una gran corriente es pulsada por la bobina creando un %uerte campo magnéco, atrayendo el proyecl al centro de la bobina. "uando el proyecl se acerca a este punto, la bobina es desconectada y la siguiente puede ser encendida, acelerando cada ve3 m&s el proyecl con las etapas sucesivas. /n diseños corrientes de cañón Gauss, el cañón del arma est& compuesto de un carril por donde discurre el proyecl, con las bobinas conductoras alrededor de dic$o carril. a energ8a es suministrada a los imanes por alg+n po de descarga r&pida de un disposivo de almacena9e, normalmente una bater8a con condensadores de alto volta9e y capacidad diseñados para la r&pida descarga de energ8a. Un diodo se uli3a para proteger los componentes sensibles a la polaridad (como los semiconductores o los condensadores electrol8cos) de daños debidos a la inversión de polaridad de la tensión después de apagar la bobina. :ay dos pos principales o con'guraciones de un cañón2bobina; de una sola etapa y de etapas m+lples. Un cañón2bobina de una sola etapa uli3a un electroim&n para lan3ar un proyecl. Un cañón2bobina de varias etapas uli3a una sucesión de electroimanes para aumentar progresivamente la velocidad del proyecl. 6uc$as personas son a'cionadas a la uli3ación a ba9o costo de diseños rudimentarios para e5perimentar con el cañón de Gauss, por e9emplo, uli3ando condensadores de fas$ de una c&mara desec$able, o un condensador de un televisor de tubo de rayos catódicos est&ndar como %uente de energ8a, y una bobina de ba9a inductancia para propulsar el proyecl $acia adelante. 4lgunos diseños no enen proyecles
%erromagnécos, como el aluminio o el cobre, con la armadura del proyecl que act+a como un electroim&n con corriente inducida por impulsos internos de las bobinas de aceleración. Un cañón2bobina superconductora se puede crear mediante la sucesiva e5nción de una l8nea de lado las bobinas superconductoras coa5ial %ormando un cañón de la pistola, lo que genera una ola de gradiente de campo magnéco que via9a a cualquier velocidad deseada. /l disposivo podr8a ser un conductor de masas o en el motor lineal sincrónico con la energ8a de propulsión almacenan directamente en las bobinas de la unidad. 4unque el costo de cambiar de alimentación y otros %actores pueden limitar la energ8a del proyecl, un bene'cio notable de algunos diseños m&s sencillos del "añón de Gauss es evitar un l8mite de velocidad intr8nseca del contacto
a energ8a debe de llegar a cada sucesivo electroim&n en un empo preciso, debido a la $istéresis. 4 los electroimanes les lleva un empo en alcan3ar la potencia m&5ima después de que el volta9e es aplicado, de esta manera el suministro de electricidad debe comen3ar antes de que el proyecl alcance al im&n determinado. o mismo ocurre después de que la energ8a est& apagada, y si el proyecl se encuentra en !el lado le9ano! del im&n en aquel momento, el im&n seguir& atrayéndolo, desacelerando. Una solución obvia ser8a accionar los imanes muc$o antes de que el proyecl los alcance, pero como la %uer3a magnéca disminuye con el cuadrado de la distancia (es decir muy r&pidamente) demasiada energ8a se perder8a con tal solución. >or esta ra3ón la mayor parte de las armas Gauss que usan m&s de un im&n incluye alg+n po de disposivo de cronometra9e electrónico para accionar los imanes, uno que pueda ser a9ustado para disntos par&metros como la potencia de disparo, y la masa del proyecl. /l arma comien3a con todos los imanes conectados, y luego se los apaga uno por uno antes de que el proyecl los alcance. Una venta9a del cañón Gauss sobre el railgun consiste en que puede ser $ec$o arbitrariamente largo. /sto ene un cierto n+mero de e%ectos secundarios, pero el
principal es que la aceleración puede ser muy lenta sobre una longitud m&s larga, lo cual signi'ca que la energ8a necesaria en cualquier sección del cañón Gauss es menos intensa. =in embargo esta venta9a es compensada por el coste y la comple9idad del sistema de conmutación que requiere el abastecimiento de un arma m&s larga. VENTAJAS Y DESVENTAJAS
/l ?ife o cañon de Gauss cuenta con desventa9as como es de esperarse en cualquier arte%acto tales como que no puede alcan3ar el nivel de energ8a necesario porque estos pueden ser algunos solenoides enredados, esto causa que la opmi3ación del aparato disminuya, para evitar un %allo como estos es necesario cronometrar per%ectamente los encendidos y apagados. as venta9as con las que cuenta el ?ife de Gauss es que no est& directamente su9eto a una descarga de energ8a eléctrica, 4dem&s de que este no cuenta con demasiadas pie3as móviles lo que %acilita el uso y diseño para procurar darle una esli3ación. EL CIRCUITO MAGN!TICO
o ideal ser8a que el @ del fu9o magnéco generado por la bobina se entreguen y act+en sobre el proyecl, pero esto est& muc$as veces le9os de la realidad debido a la construcción del n+cleo de aire del solenoide com+n de la mayor8a de los "añones de Gauss, que suelen ser relavamente simples y poco e'cientes reali3ados por los a'cionados. "on un simple solenoide de n+cleo de aire, la mayor8a del fu9o magnéco no se 9unta en el proyecl por la alta resistencia del circuito magnéco. /l fu9o acoplado genera un campo magnéco que almacena energ8a en el aire circundante. a energ8a que se almacena en esta materia no desaparece del circuito magnéco una ve3 que el capacitor termina la descarga. Aebido a que el circuito eléctrico cañón2bobina es intr8nsecamente similar a un oscilador ", los rendimientos de energ8a no uli3ada en la dirección inversa (BsonarB), pueden dañar seriamente tanto a los condensadores polari3ados como a los condensadores electrol8cos. a carga a la inversa se puede prevenir mediante un diodo conectado a la inversa en paralelo a través de los terminales del condensador, y como
resultado, el diodo y la bobina disipar toda la energ8a no uli3ada en %orma de calor. =i bien esto es una solución simple y uli3ado con %recuencia, se necesitan semiconductores m&s caros y de alta potencia y una bobina bien diseñada, con su'ciente masa térmica y la capacidad de disipación de calor, con el 'n de prevenir %allos en los componentes. 4lgunos diseños intentan recuperar la energ8a almacenada en el campo magnéco mediante el uso de un par de diodos. /stos diodos, en lugar de verse obligados a disipar la energ8a restante, recargan los condensadores con la polaridad correcta para el siguiente ciclo de descarga. /sto también evitar& la necesidad de recargar completamente los condensadores, reduciendo signi'cavamente los empos de carga. =in embargo, la viabilidad de esta solución est& limitada por la alta recarga que resulta de la corriente a través de la resistencia en serie equivalente (/=?) de los condensadores, el /=? disipar& parte de la corriente de recarga, generando calor dentro de los condensadores y acortando potencialmente su vida. >ara reducir el tamaño del componente, el peso, los requisitos de durabilidad, y lo m&s importante, los costos, el circuito magnéco debe ser opmi3ado para o%recer m&s energ8a al proyecl para una entrada de energ8a dada. /sto se $a abordado en alguna medida por el uso del $ierro de vuelta 'nal, que son peda3os de material magnéco que rodean la bobina y crean caminos de menor resistencia con el 'n de me9orar la candad de fu9o magnéco. os resultados pueden variar ampliamente, dependiendo de los materiales uli3adosC los a'cionados pueden uli3ar en sus diseños, por e9emplo, los materiales que van desde acero magnéco (m&s e'ca3, menor resistencia) a los de una cinta de v8deo (poca me9or8a en la resistencia). >or otra parte, las pie3as adicionales de material magnéco en el circuito magnéco pueden causar, a gran escala, la posibilidad de saturación de fu9o y otras pérdidas magnécas.
USO CON SUPERCONDUCTORES
Una versión con superconductores del cañón Gauss es llamada arma quenc$. as resistencias conectadas a las bobinas superconductoras gastan la energ8a en la bobina, que es trans%ormada en calor. Aespués de un empo esto calienta a los superconductores $asta el punto donde cesa su superconducvidad, as8 cambia su estado a normal (sin superconducvidad). "uando esto sucede la resistencia de la bobina de manera general se incrementa repennamente, descargando toda la energ8a en %orma de calor en una proporción muy r&pida. "on cuidado controlando las tasas de calentamiento, los imanes pueden ser !apagados! secuenci&lmente en los porcenta9es apropiados para conseguir un arma Gauss, uno que genere campos magnécos potentes con alta e'ciencia, y con tendencia a una $istéresis in%erior debido a la disipación r&pida de la energ8a en la bobina. APLICACIN POTENCIAL
"omo los railguns y los aceleradores estatorreactores, el cañón Gauss $a sido propuesto para su uso en el env8o de carga +l al espacio. "omo arma, las venta9as del cañón Gauss incluyen el $ec$o de que no enen partes movibles, aparte del proyecl, y el dato de que el +nico ruido percepble es el movimiento del proyecl cuando este alcan3a una alta velocidad. 4unque se $ayan mostrado cañones Gauss para alcan3ar velocidades supersónicas, est&n muc$o menos capacitados que los railguns. APLICACIN MILITAR
7eóricamente, el disparo del cañón Gauss se reali3ar8a con munición especial de una aleación de Dol%ramio, que es el metal con mayor resistencia a las altas temperaturas. >ara mayor de'nición, el Dol%ramio es uli3ado en los 'lamentos de las bombillas tradicionales, dónde por el fu9o de electrones eleva su temperatura a niveles que otros metales no soportar8an sin %undirse. /l cañón, el cual estar8a en desarrollo para carros de combate, %uncionar8a con una potenEsima bobina magnéca, que impulsar8a la munición. Fsta alcan3ar8a velocidades supersónicas. /l ro3amiento del aire a grandes velocidades provocar8a un gran calentamiento del proyecl, con temperaturas pr&ccamente solares (lo
cual no es imposible, si nos '9amos en las anguas !bombas térmicas! uli3adas en la H Guerra 6undial, que alcan3aban temperaturas capaces de %undir todo po de metales). /l resultado, un disparo de plasma, que se podr8a traducir como un c$orro de acero %undido disparado a velocidades superiores a los - mIs (JK1 *mI$). Un arma morE%era capa3 de atravesar casi cualquier blinda9e. /l cañón Gauss a+n est& en desarrollo, y sólo se $an probado protopos en laboratorio, debido a la gran inestabilidad del arlugio.
CONCLUSION
/l origen del ?ife de Gauss se debe a "arl #riedric$, ya que %ue el responsable de algunas de las demostraciones de las leyes por las que este arte%acto se rige. 4 risan i*erland se le atribuye la invención del ?ife, a ra3ón por la que el ?ife lleva el nombre del Gauss es porque este compro la patente del arte%acto en el año de -. /l invento %ue considerado en converrse en un arma +l pero la idea que ten8an era totalmente errónea, as8 que decidieron abandonar la idea de converr al rife en un arma +l. /ste arte%acto b&sicamente %ue creado con el 'n de demostrar el e%ecto electromagnéco, a un que estuvo en uso en otras tendencias y 'nes comunes. /l ?ife Gauss es considerado peligroso si no se ene el conocimiento necesario para mane9ar un arma con tan alta magnitud. os a'cionados a este po de armas o arte%actos optan por reali3ar una recreación de este de una manera menos peligrosa y m&s económica.
CIBERGRAFIAS
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