Elektrizität und Magnetismus

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Kapitel 11
Elektrizität und Magnetismus
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
1
11. Elektrizität und Magnetismus
11.1 Magnetismus
Wiederholung der bereits bekannten Phänomene des Magnetismus.
Magnetische Stoffe: Eisen, Kobalt, Nickel.
Magnetpole; Anziehung und Abstoßung
Gleichnamige stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
2
Untersuchung der Pole
Die Pole heißen Nordpol (rot) und Südpol (grün)
Versuch: Wir bringen zwei
Ringmagnete auf zwei
verschiedene Arten
zusammen.
Ergebnis: Ungleichnamige
Pole ziehen sich an,
gleichnamige Pole stoßen
sich ab.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
3
Magnetische Influenz
Versuch:
Eisen
Magnet
In der Nähe eines Magneten wird
ein Eisenstück selbst magnetisch.
= Magnetische Influenz
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
4
Bringt man eine Stricknadel in die Nähe eines Magneten, bleibt ein
Restmagnetismus (Remanenz)
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
5
Weitere Untersuchungen:
Versuch:
1. Laubsägeblatt magnetisieren, anschließend mit Kompass
untersuchen.
Ergebnis: Es entsteht Nord- und Südpol.
2. Laubsägeblatt teilen:
Ergebnis:
Teilt man einen Magneten immer wieder, erhält man stets wieder
Magneten mit Nord- und Südpol.
Dies kann man fortsetzen bis zu einer Größe von 0,01 bis 1 µm.
(Größe der Elementarmagnete)
Diese Elementarmagnete sind in jedem ferromagnetischen Stoff
vorhanden.
Magnetisieren bedeutet also das Ausrichten der Elementarmagnete.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
6
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
7
Ein Magnet kann durch Erschüttern oder durch Erhitzen über eine
bestimmte Temperatur wieder unmagnetisch werden.
Curietemperatur (Fe 769°C, Ni 356°C, Co 1075°C)
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
8
Versuch:
Magnet
versch. Stoffe
Ergebnis: Magnetismus geht durch Papier, Glas etc..
Durch Eisen lässt sich der Magnetismus abschirmen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
9
11.2 Wirkungsbereich eines Magneten – Magnetfeld
Den Raum um den Magneten bezeichnet man als Magnetdfeld.
Wirkungsbereich einer magnetischen Kraft.
Darstellung durch Kraftlinien.
http://www.zum.de/dwu/depotan/apma005.htm
Ermittle die verschiedenen Magnetfelder für Stabmagnete (auch zwei
mit gleichen Polen einander gegenüber), Hufeisenmagnete
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
10
11.3 Magnetfeld der Erde
Das Magnetfeld der
Erde gleicht dem
eines Stabmagneten.
(Stimmt allerdings
weiter außerhalb nicht
mehr. (Sonnewind)
Kompass zeigt in NordSüdrichtung.
Im geographischen
Norden befindet sich ein
magnetischer Südpol,
im geogr. Süden ein
magnetischer Nordpol.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
11
Die Pole befinden sich weit
unterhalb der Erdkruste.
Ursache des Erdmagnetfeldes liegt in Kreisströmen.
Für Permanentmagnet wäre
es im Erdinneren zu heiß.
Die Magnetischen Pole
stimmen nicht mit den
geographischen überein.
Im Norden: 73° nö. Breite
100° westl. Länge (nördl. von
Kanada)
1831 von Kapitän Ross auf
Insel Boothia felix entdeckt.
Im Süden: 69° südl. Breite,
143° östl. Länge (südl. von
Australien) (1909 von
Shakleton)
um
Kap.11 Elektrizität und Die Pole wandern jährlich12
Magentismus
einige (ca. 7,5 km) km
Deklination: Abweichung der Magnetnadel von der
geographischen N-S-Richtung.
Diese ist ortsabhängig. Bregenz Bregenz 0° 8,2’ westl. Dekl.
Inklination: Abweichung der Magnetnadel von der Horizontalen.
(Bei uns ca. 60°)
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
13
11.4 Magnetische Wirkung elektrischer Ströme
11.4.1 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Versuch:
1820 entdeckte Oersted:
N
S
Eine Magnetnadel in der Nähe eines
stromdurchflossenen Leiters erfährt eine
Auslenkung.
I
Ein stromdurchflossener Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben.
Die magnetischen Feldlinien bilden konzentrische Kreise um den
Leiter.
Die Richtung der Feldlinien wird mit der Rechtsschraubenregel
bestimmt.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
15
11.4.2 Magnetfeld einer Spule
N
S
Versuch dazu mit kleinen
Kompassnadeln auf Overhead
oder Eisenfeilspäne
+
Es gleicht dem Magnetfeld eines Stabmagneten.
Die Richtung des Magnetfeldes wird mit der Rechte-Hand-Regel
bestimmt. (Rechte Hand mit Zeigefinger in Stromrichtung, Daumen
zeigt dann den Nordpol.)
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
17
Wovon hängt die Stärke des Magnetfeldes einer Spule ab?
Versuch 1: Spule mit 600 Windungen ohne Eisenkern
Kompassnadel wird in der Nähe aufgestellt.
Wir variieren die Stromstärke.
N
S
Je höher die Stromstärke, desto stärker das Magnetfeld
Versuch 2: Drei Spulen (300W., 600W., 1200W) werden in Serie
geschaltet. Vor alle wird im gleichen Abstand eine Magnetnadel
angebracht.
Je höher die Windungszahl, desto stärker das Magnetfeld
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
18
11.4.3 Elektromagnete
Versuch:
1. Ohne Eisenkern
2. Wir schieben einen Eisenkern in die
Spule
Ergebnis: Mit dem Eisenkern wird die magnetische Wirkung um ein
Vielfaches verstärkt.
Begründung: Im Weicheisenkern werden die Elementarmagnete
ausgerichtet.
Eine stromdurchflossene Spule mit einem Eisenkern wird als
Elektromagnet bezeichnet.
Elektromagnete haben den Vorteil, dass sie sich in ihrer Stärke
durch Verändern der Stromstärke regeln lassen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
19
Überlege Aufgaben 7.1 und 7.2 Seite 11
7.1: Antwort: Er muss entgegengesetzt gerichtet sein.
7.2: Antwort: Wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind,
kommt es zur Sättigung
Lies Zusammenfassung Seite 11 unten!
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
20
11.4.4 Anwendungen von Elektromagneten
Stoffsammlung:
Elektr. Türöffner, Weichen, ....
Elektrische Klingel
• Beim Schließen des Schalters fließt
Strom durch die Spule.
• Die Spule wird zum Magneten.
• Der Eisenanker wird von der Spule
angezogen, er schlägt auf den
Klangkörper.
• Der Kontakt K wird durch die Anziehung
des Ankers unterbrochen.
• Durch die Spule fließt kein Strom mehr.
• Der Anker wird nicht mehr angezogen
und schwingt zurück.
• Der Kontakt K wird wieder geschlossen.
usw.
Unterbrechungseinrichtung heißt
Wagnerscher Hammer.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Klingel
Versuchsaufbau:
Die Spule steckt auf zwei
Doppelsteckerstiften, die direkt in
die Schaltplatte eingesetzt
werden.
Gleichspannung 10V unstabilisiert.
Die Blattfeder in der Klemmbuchse mit Schlitz soll den
Kontaktstift leicht berühren und
dabei etwa 6 - 8 mm vom
Eisenkern, der in die Spule
eingeschoben wird, entfernt sein.
Versuch: Schalter schließen.
Funkenbildung
An der Kontaktstelle der Blattfeder erkennt man starke ............................
Warum ist gutes Kontaktmaterial erforderlich?
Wir verfolgen den Weg des Stromes! Warum schwingt die Blattfeder?
Fachausdruck für diese Schaltung: Wagnerscher
.........
Hammer
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
22
Schülerversuch zu Klingel
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
24
Elektrisches Relais:
R e la is
2 2 0 V~
Es enthält zwei
getrennte
Stromkreise:
Laststromkreis.
K o n ta k tfe d e r
Steuerstromkreis
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
Mit einem relativ kleinen
Strom kann ein großer
Stromkreis geschaltet
werden.
25
Relais
Wir erkennen zwei
Stromkreise:
Der Stromkreis für die
Relaisspule (800W) wird
mit 10V nichtstabilisiert
versorgt. Er wird durch
den Schalter aus- und
eingeschaltet.
An den zweiten
Stromkreis wird eine
Gleichspannung von 6V
(stabilisiert) angelegt.
Die Blattfeder wird auf den linken "Ruhe"-kontakt gelegt. Spule wie bei
Klingel schalten.
Ruhekontakt R und Arbeitskontakt A sind Steckstifte mit ganz oben
montierten Muttern in einem Baustein mit Unterbrechung.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
26
Relais
Arbeitskontakt
Ruhekontakt
Versuch: Der
in die Spule
eingeschobene
Eisenkern ist
so zu lagern,
dass die
Blattfeder beim
Einschalten
auf den
rechten
"Arbeits" Kontakt
aufschlägt,
ohne vom
Eisenkern
daran
gehindert zu
werden.
Er muss andererseits aber dieKap.11
Blattfeder
auch
Elektrizität
und anziehen können.
Mehrmals ein- und ausschalten. Magentismus
27
Relais
Steuerstromkreis
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Relais
Laststromkreis
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
29
Erkenntnis:
Das Relais besteht aus einer Spule, die bei Stromfluss einen
Arbeits - Kontakt
beweglichen Anker anzieht und dabei den ...................
schließt.
Ruhe Kontakt geschlossen.
Ohne Stromfluss ist der ...................Mit Hilfe des Spulenstromes bzw. seines Magnetfeldes kann man
also einen anderen Stromkreis öffnen oder schließen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
30
Das Drehspulinstrument
Der zu messende Strom wird über die
Spiralfedern durch die Spule geschickt.
Dadurch wird ein Magnetfeld erzeugt,
das sich im Magnetfeld des
Hufeisenmagneten je nach
Stromstärke ausrichtet.
Der mit der Drehspule verbundene
Zeiger dreht sich.
Das Drehspulinstrument kann als Strommessgerät und als
Spannungsmessgerät eingesetzt werden.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
31
11.4.5 Der Elektromotor
Versuch: Leiterschaukel
Ergebnis: Auf einen
stromdurchflossenen Leiter, der sich
in einem Magnetfeld befindet, wirkt
eine Kraft. Der Leiter bewegt sich
senkrecht zu den magn. Feldlinien.
Die Kraftrichtung ändert sich,
wenn man die Stromrichtung
umkehrt oder das Magnetfeld
umkehrt.
Zur Leiterschaukel:
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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W
U
V
Die Richtung der Kraft wird mit der U V W - Regel bestimmt.
U ... Ursache (Daumen): Stromrichtung
V ... Vermittlung (Zeigefinger): Richtung des Magnetfelds
W ... Wirkung (Mittelfinger): Richtung der Kraft
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Ursache
Technische
Stromrichtung
Vermittlung
Richtung des
Magnetfeldes
(Nord-Süd)
Wirkung
Richtung der
Kraft
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
34
Der Elektromotor
Wir wollen die Bewegung in eine Drehbewegung verwandeln.
Schülerversuch mit Elektromotor.
Permanentmagnet und eine drehbare
Spule (Anker)
1. Wir schließen einen Gleichstrom an
die beiden Schleifringe an. Der
Anker dreht sich ein Stück und
bleibt dann stehen. (Die beiden
Magnete (Feldmagnet und
Elektromagnet ziehen sich an. ))
Wir erkennen: Man muss die
Stromrichtung umkehren.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
35
Wir erkennen: Man muss die Stromrichtung umkehren.
2. Wir verwenden den Kommutator
statt der Schleifringe.
Nun läuft der Motor. ( Vielleicht
muss man ihn etwas anwerfen.)
Polwender bei Elektromotor
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Wiederholung Elektromotor
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
38
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
39
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
40
Bei welcher Stellung des Ankers muss der Strom durch den Anker
umgepolt werden?
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
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Die Zuleitung erfolgt über Kohlebürsten. Diese sind leitend und
schmieren gleichzeitig.
Im Anker befindet sich ein Weicheisenkern. Der Anker wird auch
als Rotor bezeichnet, während der Feldmagnet als Stator
bezeichnet wird.
Häufig wird ein Doppel-T-Anker verwendet.
Für einen ruhigeren Lauf verwendet man Vierfach – T – Anker
oder Trommelanker. Dementsprechend oft muss die
Stromrichtung umgekehrt werden. (Kommutator wird in weitere
Segmente unterteilt.
Zur Verbesserung wird der Feldmagnet als Elektromagnet
ausgebildet.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
42
Gleichstrommotor mit
Elektromagnet
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
43
11.4.5.1 Der Wechselstrommotor
~
Dreht man im Anker die Stromrichtung um, so
ändert sich die Drehrichtung des Motors. Dreht
man aber gleichzeitig auch die Stromrichtung
durch den Feldmagneten um, so dreht sich der
Motor in dieselbe Richtung.
Das heißt, wenn wir einen Wechselstrom
verwenden funktioniert der Motor auch.
Dabei müssen Anker und Feldmagnet Elektromagnete sein und vom selben Strom betrieben
werden.
Weil sie mit Gleich- und Wechselstrom
betrieben werden können, bezeichnet man sie
als Allstrommotoren.
Diese Motoren haben ein großes Anwendungsgebiet:
Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge, ...
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
44
Für Motoren mit hohen Leistungen verwendet man meist andere
Motoren (Drehstrommotoren).
Lies Zusammenfassung Seite 16.
Führe die Aufgaben 10.1 und 10.2 (Buch S. 16) aus!
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
45
11.5 Elektromagnetische Induktion
1.5.1 Prinzip der Induktion
Versuch: Leiterschaukel
Wir erinnern uns:
Auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem
Magnetfeld wirkt eine Kraft.
Ursache war der Strom.
Wirkung war die Kraft.
Können wir Ursache und Wirkung vertauschen?
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
46
Versuch: Leiterschaukel
Statt der Batterie bauen wir ein Messgerät ein.
Ergebnis:
Bewegen wir den Leiter, zeigt das Messgerät
einen Ausschlag.
Durch die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld wird eine
elektrische Spannung induziert. Sie heißt Induktionsspannung, der
von ihr hervorgerufene Strom Induktionsstrom.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
47
Versuch:
Wir bewegen den Leiter parallel zu den
magnetischen Feldlinien.
Ergebnis: Kein Ausschlag.
In einer Leiterschleife wird nur dann eine Spannung induziert,
wenn sich die Anzahl der umschlossenen magnet. Feldlinien
ändert.
Versuch: rascheres Bewegen des Leiters:
Die Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich die
Anzahl der umschlossenen Kraftlinien ändert.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
48
11.5.2 Induktion in einer Spule
300W
600W
1200W
Versuch:
Drei Spulen werden in
Serie geschaltet.
Wir schieben nacheinander
einen Stabmagneten in die
Spule.
Induktion in Spulen
Ergebnis: Die induzierte Spannung ist umso größer,
• je größer die Anzahl der Windungen ist,
• je stärker der Magnet ist
• und je rascher der Magnet bewegt wird
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
49
11.5.3 Der Generator
Permanentmagnet
Permanentmagnet
Schleife
Bei der Drehung der
Schleife ändert sich
die Anzahl der
umschlossenen
Feldlinien.
Schleifringe
Animation (Fend)
Animation
Abgriff über
Kohlebürsten
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
Der Zeiger des
Messgeräts bewegt
sich zunächst nach
rechts, dann nach
links; d. h. die
Stromrichtung wird
nach einer halben
Umdrehung
umgekehrt.
50
11.5.3.1 Wechselstromgenerator
Technischer Wechselstrom:
Pro Sekunde erreicht er 50 mal einen Höchst- und einen Tiefstwert
(50Hz).
Er wird in Kraftwerken durch Generatoren erzeugt, welche durch Turbinen
angetrieben werden.
Kap.11 Elektrizität und
51
Magentismus
Technische Ausführung:
Da bei den Bürsten hohe Ströme auftreten würden, baut man
Innenpolmaschinen.
D. h. Das Magnetfeld dreht sich.
Der Magnet ist meist ein Elektromagnet, der von einem Gleichstrom
gespeist wird. Vergl. Gleichstromgenerator!
Die Induktionsspule ist im Stator. Dadurch kann man die Spannung
leichter abgreifen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
52
11.5.3.2 Der Gleichstromgenerator
Ersetzt man beim vorigen Generator die Schleifringe durch einen
Kommutator, so wird nach einer halben Umdrehung die Stromrichtung
umgekehrt.
Der so entstehende Strom wird pulsierender Gleichstrom genannt.
Simulation
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
53
Dynamoelektrisches Prinzip:
Der Erfinder dieses „dynamoelektrischen Prinzips“ war Siemens 1867.
Dabei wird der Permanentmagnet
durch eine Elektromagnet ersetzt.
Ein kleiner Restmagnetismus reicht
aus, dass eine kleine Spannung
induziert wird. Der Induktionsstrom
verstärkt den Magneten, größere
Spannung wird induziert, größerer
Strom, stärkerer Magnet ,....
Gleichstromgeneratoren verwendet
man für die Speisung des Elektromagneten in einem
Wechselstromgenerator.
Heute verwendet man in Kraftwerken oft Gleichrichter um den
Erregererstrom für die Elektromagneten bereitzustellen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
54
11.5.4 Der Dreiphasenwechselstrom
Lies im Buch Seite 22
Drehstromgenerator
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
55
Dreiphasenwechselstrom
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
56
Dreiphasenwechselstromgenerator:
3 Statorwicklungen sind
gegeneinander jeweils um
120° versetzt.
L1, L2, L3 ... Phasenleiter
N ... Neutralleiter (Nullleiter)
er wird meist geerdet.
In allen 3 Wicklungen wird eine Wechselspannung induziert.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
57
Phasen
Die drei Wechselspannungen sind gegeneinander versetzt.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
58
Dreiphasenwechselstrom
Zwischen Phase und Nullleiter haben wir in Österreich eine Spannung
von 230 V.
Zwischen zwei Phasen haben wir eine Spannung von 400 V.
Mit Hilfe des Dreiphasenwechselstromes kann man sehr einfache
Motoren betreiben. (Sogenannte Drehstrommotoren)
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
59
11.5.5 Induktion durch Elektromagnetismus
Wir haben gelernt:
Für die Induktion muss sich das magnetische Feld ändern.
Versuch:
I und II sind nicht leitend verbunden.
V
I
II
Schließen des Schalters in I
→ Spannungsstoß in II
Öffnen des Schalters in I
→ Spannungsstoß in II
Beim Ein und Ausschalten des Stromes in I ändert sich die
Stromstärke und dadurch die Stärke des Magnetfelds, das auch die
Spule II durchsetzt.
Fließt ein gleichmäßiger Strom (Gleichstrom), so ändert sich das
Magnetfeld nicht  keine Spannung wird induziert.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
60
Jede Änderung der Stromstärke in der Primärspule führt zu einer
Änderung des Magnetfeldes und damit zur Induktion einer
Spannung.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
61
11.5.6 Die Selbstinduktion
Um eine Glimmlampe zum Leuchten zu bringen ist eine Zündspannung
von ca. 170 V erforderlich.
Versuch:
Beim Einschalten leuchtet die Lampe nicht,
beim Ausschalten schon.
1200W
Änderung des Spulenstroms bewirkt eine
Induktionsspannung.
Da die Induktion hier in derselben Spule auftritt, spricht man von
Selbstinduktion.
Anwendung bei der Zündspule für Mopeds und Autos.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
62
11.5.6.1 Wirbelströme
Versuch:
Bei Bewegung eines massiven
leitenden Körpers in einem
Magnetfeld treten Wirbelströme
auf.
Nach der Lenzschen Regel sind
sie so gerichtet, dass die darauf
wirkende Kraft die Bewegung
hemmt.
Anwendung:
Wirbelstrombremse in E-Motoren.
Zusatzbremse bei LKWs
Unangenehme Eigenschaft: Wirbelströme führen zu starker
Erwärmung. Bei Eisenkernen von Elektromagneten würde dies zur
Schwächung des Magneten führen. Daher Lamellierung des Eisenkerns.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
63
11.5.7 Der Transformator und seine Anwendungen
Führe den Schülerversuch zum Transformator durch!
Wir verwenden einen
Wechselstrom !!!
Da sich die Stromstärke
dauernd ändert, wird in der
Sekundärspule ständig eine
Spannung induziert.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
64
11.5.7 Der Transformator und seine Anwendungen
Führe den Schülerversuch zum Transformator durch!
Wir verwenden einen
Wechselstrom !!!
Da sich die Stromstärke
dauernd ändert, wird in der
Sekundärspule ständig eine
Spannung induziert.
Beide Messgeräte sind auf Wechselspannung zu stellen!
Messbereich 30V !!!
Eisenkern mit geschlossenem Joch
Versuch 1:
Primärspule: N1 = 1600W
Sekundärspule: N2 = 800W
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
65
Versuch 1:
Primärspule: N1 = 1600W
Primärspannung U1
Sekundärspule: N2 = 800W
6V
10 V
15 V
Sekundärspannung U2
Versuch 2:
Primärspule: N1 = 800W
Primärspannung U1
Sekundärspule: N2 = 1600W
6V
10 V
15 V
Sekundärspannung U2
Spannungsverhältnis:
U1 : U2 = N1 : N2
Die Spannungen primärseitig und sekundärseitig verhalten sich wie
die Windungszahlen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
66
Wie funktioniert der Trafo?
I
U1
10V ~
Trafo
II
UL1
U2
800W / 1600W
Wenn im Primärkreis ein Wechselstrom fließt, entsteht im
Eisenkern ein sich dauernd änderndes Magnetfeld. Dieses
induziert in der Sekundärspule eine Spannung.
Mit Gleichstrom funktioniert also ein Trafo nicht !!!!
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
67
Anwendungen des Transformators:
Mit dem Trafo lassen sich also beliebige Spannungen sekundärseitig
erzielen.
Bei einem guten Transformator gilt etwa:
Leistung primärseitig = Leistung sekundärseitig
Up  Ip Us  Is
Wird auf der Sekundärseite kein Strom entnommen, fließt auch
primärseitig fast kein Strom.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
68
Versuch:
Traf o
I
U1
12V ~
II
A
UL1
1600W / 800W
1
2
Ergebnis: Schließt man im Sekundärkreis Verbraucher an, steigt
die Stromstärke auch im Primärkreis. Je heller die Lämpchen in II
leuchten, desto höher die Stromstärke in I.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
69
Schweisstrafo
Traf o
220V ~
600W / 5W
Nagel
Primärseitig viele
Windungen.
Sekundärseitig: Wenig, aber
dicke Windungen.
Die Stromstärke im
Sekundärkreis ist sehr hoch.
Rechne mit der Leistungsformel nach!
Ergebnis: Der Nagel kommt zum Glühen und schmilzt dann durch.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
70
Induktionsofen.
Versuch mit der Schmelzrinne:
W asser
230V
600 W
Die Schmelzrinne kann als eine Windung aufgefasst werden. Die
Spannung ist sehr klein, daher I sehr groß.
Modell des Elektroschmelzofens.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
71
Es lassen sich auch sehr hohe Spannungen herstellen.
Prinzip des Hörnerblitzableiters:
Traf o
220V ~
500W / 10000W
Bringt man die beiden Hörner nahe zueinander, bildet sich ein Funken
der nach oben klettert und abreißt.
Stellt man Kerze unter die engste Stelle, so bildet sich bereits bei
größerem Abstand ein Funken.
Auf diesem Prinzip beruht der Hörnerblitzableiter.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
72
Anwendung bei Freileitungen. Ein Horn geerdet, das andere am
Leiterseil angeschlossen. Bei einem Blitzschlag (Überspannung)
springt ein Funke über. Dadurch wird die überschüssige Ladung zur
Erde abgeleitet.
Hohe Spannungen benötigt man auch bei Fernsehröhren,
Röntgenapparaten. Dort verwendet man Hochspannungstrafos.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
73
Anwendungen des Transformators:
Versuch: Lange Leitung
10k 
Die beiden Widerstände simulieren
den Leitungswiderstand
230V~
Ergebnis:
Lange Leitung
Die Lampe
leuchtet nicht.
Der Hochspannungstrafo
Trafo
10k 
Trafo
230V~
10000W / 500W
500W / 10000W
Lange Leitung
Ergebnis:
Die Lampe leuchtet.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
74
Berechne jeweils die Stromstärke, wenn die Leistung gleich bleibt!
Spannung U
Stromstärke I
Leistung
P=U∙I
Kraftwerk
10 kV
1000 A
Hochspannungstrafo
200 kV
"
Umspannwerk
20 kV
"
Ortstrafo
230 V
"
Spannung U
Stromstärke I
Leistung
P=U∙I
Kraftwerk
10 kV
1000 A
10 MW
Hochspannungstrafo
200 kV
50 A
"
Umspannwerk
20 kV
500 A
"
Ortstrafo
230 V
43478 A
"
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
75
In Fernleitungen wird die elektrische Energie bei hohen Spannungen
und verhältnismäßig geringen Stromstärken übertragen.
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
76
11.5.8 Stromversorgung
Arbeite die Arbeitsblätter „Vom Kraftwerk zum Verbraucher“ durch!
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
77
11.5.9 Sicherheitsmaßnahmen,
Arbeite die Arbeitsblätter „Sicherheit im Haushalt“ durch!
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
78
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
79
Zur Leiterschaukel:
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem003.htm
Polwender bei Elektromotor
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem105.htm
Induktion verschiedene Spulen
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem110.htm
Wechselstromgenerator
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem111.htm
Kap.11 Elektrizität und
Magentismus
80
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