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 14 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 16 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 21 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 23 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 28 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 32 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 33 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 36 Wiederholung Elektromotor Kap.11 Elektrizität und Magentismus 37 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 41 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
