10 Ph – Fries Der Transformator 06. – 09.04.2020

Kurze Wiederholung:

Ein Elektromagnet ist ein elektrischer Leiter, der von

einem Strom durchflossen wird. Seine magnetische Wir-

kung kann man erhöhen, indem man eine Spule mit vie-

len Windungen mit einem Eisenkern verwendet. (vgl.:

https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirk

ungen/versuche/spule-als-elektromagnet )

Ein Elektromotor macht sich die Kraft auf stromdurchflossene Leiter

im Magnetfeld zunutze (vgl. Leiterschaukelversuch). Diese Kraft heißt

Lorentz-Kraft, ihre Richtung können wir mit der UVW-Regel bestim-

men. Dabei verwendet man meist die rechte Hand, weil man sich auf

die technische Stromrichtung bezieht.

Die Induktion tritt auf, wenn sich das Magnetfeld, das sich

um einen Leiter herum befindet, verändert. (vgl. umge-

kehrter Leiterschaukelversuch). Zuerst haben wir die In-

duktion in bewegten Leitern betrachtet: Wenn sich die

Quelle des Magnetfelds (z.B. ein Permanentmagnet) relativ

zum Leiter bewegt, dann wurde eine Spannung induziert.

Dabei hat die Richtung der Bewegung und der Pol des

Magneten einen Einfluss auf das Vorzeichen der Spannung

(positiv oder negativ) gehabt – nicht jedoch auf die Stärke

der Spannung.

Weiterhin haben wir gesehen, dass der Effekt auch beim Ein- und Ausschalten eines Elektromagneten auftritt!

Insgesamt scheint für die Entstehung einer Induktionsspannung nur relevant zu sein, dass sich das Magnetfeld um

einen Leiter herum verändert. Je höher die Rate, mit der sich das Magnetfeld verändert, desto größer die indu-

zierte Spannung.

In dieser Woche lernen wir eine interessante Anwendung der Induktion kennen.

10 Ph – Fries Der Transformator 06. – 09.04.2020

Aufgabe 1:

a) Ließ dir die folgenden 3 Seiten aufmerksam durch. Sollte die Auflösung auf deinem Gerät nicht gut ausse-

hen oder sollte der Text verschwommen dargestellt werden, kannst du probieren, reinzuzoomen.

b) Der Abschnitt „Die Geschichte der Elektrotechnik“ ist für besonders Interessierte

10 Ph – Fries Der Transformator 06. – 09.04.2020

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Aufgabe 2:

a) Erkläre den Aufbau eines Transformators.

b) Beschreibe oder skizziere jeweils einen experimentellen Aufbau, mit dem man

• Induktion im bewegten Leiter bzw. bei bewegtem Magnetfeld und

• Induktion durch ein veränderliches Magnetfeld beobachten kann.

c) Erläutere, dass der Transformator nur mit Wechselspannung funktioniert.

10 Ph – Fries Der Transformator 06. – 09.04.2020

Aufgabe 3:

a) Ein Transformator wird mit einer Primärwicklung von 1100 Windungen an 220V angeschlossen und liefert

sekundär 20 V. Bestimme die Anzahl der Sekundärwicklung.

Lösung:

b) Die Stromstärke in der Primärspule (500 Windungen) beträgt 20A. Bestimme die Anzahl der Windungen

der Induktionsspule, wenn in der Induktionsspule ein Strom von 5A fließt.

Lösung:

c) Ein Transformator wird mit seiner Primärwicklung an 250V abgeschlossen und liefert sekundär 10V Span-

nung. Dabei soll sekundär die Stromstärke 50A betragen. Welche Stromstärke herrscht im Primärkreis?

d) In einer Steckdose liegt eine Spannung von 230V vor. Die Sekundärspule eines Trafos dient als Span-

nungsquelle eines PCs. Der PC wird mit einer Spannung von 11,5V betrieben. Gib mögliche Windungszah-

len für Primär- und Sekundärspule an.

Wir benutzen 𝑈𝑃

𝑈𝑆=

𝑛𝑃

𝑛𝑆. Die Rechnung zur a) schreibe ich ausführlich. Kürzere Rech-

nungen sind auch ok.

geg.: 1100=𝑛𝑃,𝑈𝑃=220𝑉 und 𝑈𝑆=20𝑉.

ges.: 𝑛𝑆

Lös.: 𝑈𝑃

𝑈𝑆=

𝑛𝑃

𝑛𝑆 nach 𝑛𝑆 auflösen:

𝑈𝑃

𝑈𝑆=

𝑛𝑃

𝑛𝑆 |⋅𝑛𝑆

𝑈𝑃

𝑈𝑆⋅𝑛𝑆=𝑛𝑃 |:𝑈𝑃⋅𝑈𝑆

𝑛𝑠=𝑛𝑃⋅𝑈𝑆

𝑈𝑃

Einsetzen: 𝑛𝑠=𝑛𝑃⋅𝑈𝑆

𝑈𝑃=1100⋅

20𝑉

220𝑉=100

Die Sekundärspule hat 100 Wicklungen.

Die Induktionsspule ist die Sekundärspule. Benutze 𝐼𝑃

𝐼𝑆=

𝑛𝑆

𝑛𝑃 und stelle nach 𝑛𝑆 um,

indem auf beiden Seiten mit 𝑛𝑃 multipliziert wird: 𝐼𝑃

𝐼𝑆⋅𝑛𝑃=𝑛𝑆.

Einsetzen und ausrechnen: 𝑛𝑆= 𝐼𝑃

𝐼𝑆⋅𝑛𝑃=

20𝐴

5𝐴⋅500=4⋅500=2000.