Physik - Praktikum Versuch 11/Z - Stromberg

Physik - Praktikum
Versuch 11/Z
Versuche mit dem „Lufttransformator“
Literatur: Oberstufenbuch zum Thema „Induktionsgesetz“;
Mittelstufenbuch zum Thema „Transformator“
Aufgabe
Baue einen "Lufttransformator" aus einer langen Primär- und einer kurzen
Sekundärspule, die in die Mitte der langen Spule eingeschoben wird. Messe, wie
die Sekundärspannung von der Primärstromstärke abhängt. Berechne die
Sekundärspannung aus den Daten der Anordnung.
Zubehör:
Lange Spule (durch Hintereinanderschalten von zwei einzelnen Spulen herstellen;
Zur Stabilisierung mit Klebeband verbinden, einschiebbare kurze Spule, Netzgerät
(Stromstärkebegrenzungen beachten), 2 Vielfachinstrumente; Oszilloskop
Netzgerät:;
50 Hz-Wechselspannung
Versuchsprinzip:
In obiger Anordnung kann man messen, wie der Effektivwert der induzierten
Wechselspannung U2eff von der Effektivstromstärke I1eff in der Primärspule
abhängt. Da alle Spulendaten bekannt sind, kann man diesen Zusammenhang auch
berechnen.
1. Messung:
Baue die Schaltung gemäß der Skizze auf.
Beachte die Belastbarkeit von Netzgerät und Spule.
Messe die induzierte Wechselspannung U2eff in Abhängigkeit von der
Primärstromstärke I1eff (Schritte passend wählen).
Auswertung:
1. Zeichne das I1eff - U2eff -Schaubild.
2. Stelle eine Gleichung auf, welche die Abhängigkeit von U2eff von den
Spulendaten und von I1eff angibt. Gehe dazu vom Induktionsgesetz in der Form
Uind (t) =  n   (t ) aus und bedenke genau, welche Bedeutung in diesem Fall n
und  (t ) haben. Versehe die Größen jeweils mit dem richtigen Index 1 oder 2.
Berechne mit dieser Gleichung die Werte der Funktion U2eff= U2eff(I1eff) und
zeichnen das zugehörige Schaubild in das Achsenkreuz aus 1.) mit anderer Farbe
ein.
Vergleichen Sie die gemessene und die berechnete Kurve.
2. Messung:
Untersuche nun, welchen Einfluss die Frequenz der auf der Primärseite
verwendeten Wechselspannung hat. Das „normale“ Netzgerät wird dazu durch
spezielles Netzgerät ersetzt, bei dem die Frequenz variabel ist. Zur genauen
Sichtbarmachung des Spannungsverlaufs steht ein Oszilloskop zur Verfügung.
Wähle auf der Primärseite eine feste Spannung und variiere dann die Frequenz.
(Achtung: Kontrolliere, dass die Primärspannung beim Variieren der Frequenz
tatsächlich konstant bleibt).
Wie verhält sich beim Variieren der Frequenz die Spannung U2eff ?
Auswertung: Beschreibe den Versuchsaufbau, gib die Ergebnisse an und erkläre
diese theoretisch.
Falls noch Zeit sein sollte: Wiederhole die Versuche mit einer halb so langen
Feldspule (d.h. keine 2 hintereinander geschalteten Spulen verwenden)
Zusatzfrage:
In der Mittelstufe wurde der Transformator behandelt.
Was unterscheidet den „normalen“ Transformator“ von unserem
„Lufttransformator“?
Erkläre sein Funktionsprinzip.
Gib für den unbelasteten Transformator die Gleichung für die
Spannungstransformation und für den belasteten Transformator die Gleichung für
die Stromstärketransformation an.
Zeige, dass beim belasteten Transformator der Energieerhaltungssatz erfüllt ist.