Kondensator und Spule im Wechselstromkreis

Physik - Praktikum
Versuch 12/Z
Kondensator und Spule im Wechselstromkreis; Transformator
Literatur zu Teil 1 und 2: Dorn-Bader Oberstufe; S. 78, 79; Zum Transformator: Mittelstufenbuch
Teil 1: Der Kondensator im Wechselstromkreis
Durchführung:
1. Baue die Schaltung nach der Schaltzeichung auf und schließe die Schaltung an die
Wechselstromquelle 6 V an.
2. Schalte den Schalter im Stromkreis ein, beobachte die Glühlampe und miss die Stromstärke.
Trage alle Beobachtungen und Messwerte in die Tabelle ein.
3. Ersetze den Kondensator 470 F durch einen Leitungsbaustein, gerade.
Beobachte die Glühlampe, miss die Stromstärke und vergleiche.
4.) Verwende nun anstelle des „normalen“ Netzgeräts ein Netzgerät, bei dem die Frequenz der
Wechselspannung geändert werden kann.
Stelle zuerst die Frequenz 50 Hz ein und variiere dann nach oben und unten.
Wie ändert sich jeweils die Helligkeit des Lämpchens bzw. die Anzeige des Mesgeräts?
Beobachtungen/Messergebnisse:
Helligkeit der Glühlampe
Stromstärke in mA
Kondensator 470 F
Ohne Kondensator
Auswertung:
Fragen und Aufgaben:
1. Im Kondensator ist durch eine Isolierschicht zwischen den Platten der Stromkreis unterbrochen.
Trotzdem leuchtet die Glühlampe dauernd auf. Versuche den Sachverhalt zu deuten.
2. Was sagt die Änderung der Helligkeit der Glühlampe und des Strommesswertes im Stromkreis ohne
Kondensator aus?
3.) Welche Folgerung ergibt sich aus Punkt 4 (Durchführung) für den Wechselstromwiderstand eines
Kondensators?
Teil 2: Die Spule im Wechselstromkreis
Durchführung
1. Baue die Schaltung nach der Schaltzeichung auf.
Führe den U-Kern in die Spule 1600 Wdg.. Klappe das Federblech rechtwinklig in Richtung der
blanken Seite des I-Kerns heraus. Schiebe das Blech beim Anlegen des I-Kerns zwischen
Spulenkörper und U-Kern. Vermeide einen Luftspalt zwischen I- und U-Kern.
Stelle zunächst 6 V Gleichspannung am Netzgerät ein.
2. Schließe den Schalter im Stromkreis und beobachte die Glühlampen.
3. Miss die Stromstärke in den beiden Stromzweigen und trage die Messwerte in die Tabelle ein.
4. Lege eine Wechselspannung von 6 V an.
Schließe den Stromkreis und beobachte beide Glühlampen.
5. Schalte Deine Messinstrumente auf Wechselstrommessung um und miss die Stromstärke in den
beiden Stromzweigen. Trage die Messwerte in die Tabelle ein.
6. Ziehe das Joch langsam vom U-Kern und beobachte die zugehörige Glühlampe und die Änderung
der Stromstärke in diesem Stromzweig.
7. Tausche die Spule 1600 Wdg. gegen die Spule 400 Wdg. und versehe sie mit dem geschlossenen
Eisenkern.
Beobachte die Glühlampe und miss die Stromstärke (Tabelle).
Versuchs1. Glühl. an
2. Glühl. an
I1ges in mA
I2ges in mA
R2ges in 
schritt
2.
---------------------------------------------3.
4.
----------------
----------------
----------------
5.
6.
----------------
7.
----------------
8.) Verwende nun wieder das Netzgerät mit variabler Frequenz und verfahre entsprechend wie beim
Kondensator.
Auswertung:
Fragen und Aufgaben
1. Welche Schlussfolgerung lässt die unterschiedliche Stromstarke bei Gleich- und Wechselstrom im
Stromzweig mit Spule und Glühlampe zu?
2. Errechne den Gesamtwiderstand nach dem Ohmschen Gesetz im Stromzweig mit Spule und
Glühlampe,
a) bei angelegter Gleichspannung von 6 V.
b) bei angelegter Wechselspannung von 6 V.
3. Errechne aus der Differenz beider den Wechselstromwiderstand der Spule.
4. Von welchen Faktoren ist die Höhe des Wechselstromwiderstandes abhängig?
5. Versuche im Gespräch mit Deiner Gruppe und Deinem Lehrer den Sachverhalt zu deuten. Beziehe
die Erklärungen zu den beiden vorhergehenden Versuchen in Deine Überlegungen mit ein.
6. Welche Schlussfolgerungen ergeben sich aus Punkt 8 der Durchführung?
Teil 3: Der Transformator
Durchführung:
1. Baue die Schaltung nach der Schaltzeichnung auf.
Schiebe den U-Kern bis zum Anschlag in die beiden
Spulen. Schwenke das Federblech des I-Kerns in
Richtung der plangeschliffenen Längseite um 90°
aus. Füge den I-Kern so an, dass die Federbleche von
U- und I-Kern beide oben oder unten liegen und kein
Luftspalt auftritt.
Setze die Lampenfassung zunächst nicht ein.
Der Messbereich für die Gleichspannungsmessung
beträgt 1 V.
2. Stelle zunächst am Netzgerät eine "Gleichspannung"
von 4 V ein.
Öffne und schließe den Schalter im Primärstromkreis
und beobachte das Messinstrument.
3. Lege an den Primärkreis des Transformators
bei geöffneten Schalter eine "Wechselspannung"
von 6 V an.
Schalte beide Messinstrumente auf
Wechselspannung um. Miss die Spannungen an
beiden Spulen.
Trage die Messwerte in die erste Tabelle ein.
4. Vertausche die Spulen (komplett mit Eisenkern), so dass die Spule 400 W dg. zur Feldspule und die
Spule 1600 Wdg. zur Induktionsspule wird.
Miss beide Spannungen und trage die Werte ein.
5. Lege an die Primärspule 1600 Wdg. eine Wechselspannung von 12 V an und schließe den
Stromkreis an der Sekundärspule über die Glühlampe 4 V / 0,04 A.
Versuchsaufbau:
Auswertung:
Fragen und Aufgaben
1. Wie entsteht bei Anlegen einer Gleichspannung an der 1. Spule (Primärspule)in der2. Spule
(Sekundärspule) eine Spannung, obwohl zwischen beiden Spulen keine leitende Verbindung besteht?
2. Erkläre nun, warum in der Induktionsspule des Transformators eine dauernde Spannung - und beim
Schließen des Stromkreises ein dauernder Strom - entsteht?
3.) Welche Gesetzmäßigkeit gilt für die Spannungen auf Primär- und Sekundärseite?
4. Warum geht bei Punkt 5 (Durchführung das Lämpchen nicht kaputt?
Im folgenden wird untersucht, wie man mit dem Transformator Stromstärken ändern kann.
Durchführung
1. Baue die Schaltung nach der Schaltzeichnung auf. Es darf kein Luftspalt zwischen U- und I-Kern
sein.
Lege eine Wechselspannung von 6 V an den Primärstromkreis. Schalte das Messinstrument im
Sekundärstromkreis auf den Messbereich 300 mA-.
Miss die Stromstärke in beiden Stromkreisen und trage die Werte in die Tabelle ein.
Wiederhole die Strommessungen bei einer Primärspannung von 12 V.
2. Nimm die Glühlampe aus dem Sekundärstromkreis (Lampe aus der Fassung drehen) und beachte
den Messausschlag im Primärstromkreis.
Auswertung:
Fragen und Aufgaben
1. Trage die errechneten idealen Werte für die Spannungen in die Tabelle ein.
2. Vergleiche die Stromstärke in beiden Stromkreisen beim Herabsetzen der Spannung.
3. Bestimme das ungefähre Verhältnis der Stromstärken und trage es in die Tabelle in.
4. Vergleiche das Verhältnis der Spannungen mit dem Verhältnis der Stromstärken.
5. Versuche zu erklären, warum im Primärstromkreis ein Strom fließt, obwohl die Glühlampe im
Sekundärstromkreis entfernt wurde.
6. Überlege, wo in der Technik besonders hohe Stromstärken - und damit "Hochstromtransformatoren"
- gebraucht werden.