​电磁炮的原理与构造

电磁炮的原理与构造

电磁炮的基本原理是磁场力，即磁场会对带电的物体产生力的效应。这种磁场力在微观上的体现是洛仑磁力，即磁场对运动电荷产生的作用力；而在宏观上的体现则是安培力，即磁场对电流/通电导体产生的力的作用。所以，对于题目中提到的电磁炮来说，其工作原理其实就是安培力在实际应用中的体现，为什么不说是洛仑磁力？因为电荷的定向移动形成电流，所以，所谓的安培力其实就是带电导体内部大量定向移动的电荷在磁场中所受到的洛仑磁力的合力，也就说，安培力是洛仑磁力在宏观上的体现。

那么什么是安培力呢？这里先简单介绍一下，来看上图，图中方向向下的箭头表示的是磁体N、S产生的磁场方向，磁场中的那个圆柱体则表示的是带电导体，电流方向由箭头i表示（向前），那么，在这种情况下，磁场中的那个带电导体就会受到一个力的作用，并且这个力的方向是向左的，即图中的箭头F。那如何判断这个安培力的方向呢？用“左手定则”就可以了，这个我们在中学物理中就有学过，即摊开左手手掌，其他四指并拢，且与大拇指垂直（同一平面），接着让磁感线方向垂直穿过手心，同时四根并拢的手指指向导体的电流方向，此时，大拇指所指的方向，就是导体的受力方向，也就是安培力的方向。

解释完安培力的原理，我们还要再简单来了解一个物理概念：电流的磁效应。所谓的电流的磁效应其实就是“电生磁”，即任何的带电导体周围，都会产生磁场，这种现象就是电流的磁效应。而有关电流和产生的磁场之间的关系，我们可以用“安培定则”（右手定则）来帮助理解，来看上图，图中蓝色的圆柱表示一根导体，导体上白色的箭头则是表示流过导体的电流的方向，这时只要用右手握住这根通电导体，同时大拇指的方向要指向电流的方向，那么，此时其余四根手指指向的方向，就是产生的磁场的方向，如图中的红色的箭头所示。

因此，了解了安培力与电流的磁效应，我们就可以来解释电磁炮的工作原理了。目前研究的电磁炮主要是轨道式电磁炮，其结构原理简图如上图所示，图中白色的是两根导轨，导轨中间的是电枢，这个电枢可以直接是弹丸，也可以是一个弹丸的载体。说到这里我们要注意，在这个电枢放到两根导轨中间之前，导轨之间是不连通的，而把电枢放上去后，就相当于是一个导体把两根导轨给连接在了一起，这时才会形成一个闭合的回路，此时再给导轨通电的话（左边为正极、右边的为负极），电流就可从正极导轨出发，通过中间的电枢/弹丸，再回到负极导轨。如下图所示：

我们先来看图中流过两根导轨的电流的方向，这时通过用“右手定则”可以判断出两根导轨产生的磁场方向都是“自下而上”的，图中蓝色的箭头表示的就是磁感线方向，正极导轨磁感线为“逆时针”方向，负极导轨的磁感线方向则是“顺时针”。知道了磁场的方向，我们就可以通过“左手定则”来判断电枢/弹丸（看成是一个通电导体）受到的安培力的方向了：伸出左手，左手掌心平行导轨朝下，让磁感线垂直穿过手心，并拢的四根手指指向负极导轨的方向，此时，与四根手指垂直的大拇指的方向，就是弹丸/电枢艘受到的力的方向，这个弹丸受到的“安培力”的方向其实就是炮口的方向，如图中所示。

因此，所谓的电磁轨道炮，其实最主要的就是利用了“磁场力”和“电流的磁效应”这两个物理规律，即通电导轨产生的磁场，对（通电）弹丸产生一个力的作用，这个力对弹丸产生加速度，从而获得巨大的动能，使弹丸可以发射出去。至于最后一个问题，电磁炮的炮弹/弹丸是什么构造的？其实电磁炮的炮弹就是一个实心的金属疙瘩，里面是没有装药的，完全依靠巨大的动能来对目标造成毁伤，如上图所示，图中所示的炮弹中，只有内部圆锥状的才是炮弹主题，外壳部分是用来帮助炮弹在导轨中滑动的，出膛后会自己脱落。