Zusammenfassung WQ „Transformatoren“ Der Transformator

Zusammenfassung
WQ „Transformatoren“
RSO
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Der Transformator
Aufbau:
Die Primärspule wird auch Feldspule genannt!
Die Sekundärspule wird auch Induktionsspule genannt!
Funktion:
1. Transformatoren arbeiten nur mit Wechselstrom!
2. In der Feldspule wird durch den Wechselstrom ein sich ständig änderndes Magnetfeld
erzeugt.
3. Der Eisenkern leitet das Magnetfeld in die Induktionsspule.
4. In der Induktionsspule ändert sich ständig die Magnetfeldstärke. Dadurch wird in ihr eine
Spannung induziert und es kann Strom fließen (falls ein Verbraucher angeschlossen ist).
Berechnungen am Transformator:
N1 U1
=
Spannung:
N2 U2
(am unbelasteten Transformator)
Stromstärke:
N1 I2
=
N 2 I1
(am Transformator ist ein Verbraucher angeschlossen)
Beide Gleichungen gelten nur am Idealen Transformator, d.h. am Transformator treten keine
Energieverluste auf. In der Realität betragen die Energieverluste ca. 2-5% in Form von Wärme,
hervorgerufen z.B. durch den Widerstand in den Leitungen der Spulen und durch eine geringe
Streuung des Magnetfeldes (Ein geringer Teil des magnetischen Feldes kann z.B. an den Kanten des
Eisenkerns aus diesem austreten.)! Außerdem erwärmt sich der Eisenkern durch in ihm entstehende
Wirbelströme (siehe Video)! Der Wirkungsgrad des Trafos liegt bei 95% oder mehr, je nach
Bauform!
Verwendung von Transformatoren:
Ladekabel von Handys
Umspannwerke
Netzteile von PC
Stromversorgung von 12V-Halogenlampen
Netzteile im TV
Stromversorgungsgeräte im Physik-Unterricht
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Hoch- und Niederspannungstrafos:
Hochspannungstrafos vergrößern die Spannung. Sie haben in der Induktionsspule mehr Windungen als in der
Feldspule. (Die Stromstärke wird aber kleiner!)
Niederspannungstrafos verkleinern die Spannung. Sie haben in der Induktionsspule weniger Windungen als
in der Feldspule. (Die Stromstärke wird aber größer, daher auch Hochstromtransformator!)
Lenzsche Regel und Transformator:
Nach der lenzschen Regel wirkt der Induktionsstrom seiner Ursache entgegen. Das durch den Induktionss trom in der Sekundärspule entstehende Magnetfeld schwächt also das Feld der Primärspule. Folge: In der
Primärspule steigt die Stromstärke, weil das schwache Feld so verstärkt wird. Also: Mehr Strom in der In duktionsspule (am Verbraucher) führt zu mehr Strom in der Feldspule (an der Spannungsquelle).
Berechnungen:
1. Der Trafo eines Ladegerätes wandelt die Primärspannung U 1=230V in die Sekundärspannung U2=6V
um. Die Primärspule hat eine Windungszahl N1=1000 Windungen. Berechne die Windungszahl der
Sekundärspule N2!
geg.: U1=230V ; U2=6V ; N1=1000
ges.: N2
Lös.:
N1 U1
=
N2 U2
U ⋅N
N 2= 2 1
U1
6V⋅1000
N 2=
230V
N 2=26( gerundet )
2. geg.: N1=500 ; N2= 1250 ; U2=750V
Lös.:
N1 U1
=
N2 U2
N ⋅U
U 1= 1 2
N2
500⋅750V
U 1=
1250
U 1=300V
Antwort:
Die Induktionsspule hat eine Windungszahl von
26!
Hinweis: Windungszahlen werden aus technischen Gründen immer auf
ganze Windungen gerundet! Es können keine halben Windungen
hergestellt werden!
ges.: U1
Hinweis: Eine Antwort ist nicht notwendig, da es sich um keine
Textaufgabe handelt.
3. An einem Trafo wird eine 12V / 1,7A - Halogenlampe angeschlossen. Der Trafo wird an eine
Steckdose (Netzspannung) angeschlossen.
a) Welche Windungszahlen könnten in den Spulen verwendet werden? (Hinweis: Die Windungszahl
einer Spule musst du selber festlegen, dann die zweite berechnen!)
b) Welche Stromstärke fließt durch die Primärspule?
Ergebnisse:
geg.:
Lös.:
U1 = 230V
N1 = 920 (selber gewählt) → N2 = 48 (berechnet)
I1 = 0.08869 A = 88,69 mA (berechnet mit der Stromformel)