1 Durchführung - MTA-Schule Ludwigshafen

Elektrizitätslehre II
Wechselstrom, Magnetfeld einer Spule, Elektromagnetismus,
Transformator
20.11.08
Zubehör: Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl
Eisenkern
Wechselspannungsquelle
Gleichspannungsquelle
verschiedene Kabel
2 Multimeter (als Amperemeter und Voltmeter zu benutzen)
Stabmagnet
Aufgabe: 1.) Untersuche das Magnetfeld einer Spule.
1
1.1
2.) Baue einen Transformator
Durchführung
Elektromagnetismus
Wenn Strom durch eine Spule fließt wird ein Magnetfeld erzeugt. Umgekehrt erzeugt ein
Magnetfeld, welches sich zeitlich verändert, einen Stromfluss in einer Spule. Untersuche
diese Phänomene.
1.1.1
Strom erzeugt Magnetfeld
Verwende eine Spule mit 500 oder 1000 Windungen. Untersuche mit einem Gegenstand
aus Eisen das Magnetfeld. Lege dazu die Spule auf den Tisch, so dass die Kernöffnung
waagrecht ist. Lege eine Gleichspannung an die Kontakte der Spule an. Verwende die beiden Multimeter, um zum einen die Spannung über der Spule und zum anderen den Strom
durch die Spule zu messen (Aufbau siehe Abbildung 1). Steigere die Spannung. Notiere
1
für jede Spannung den Spulenstrom und miss den Abstand d ab dem ein Gewichtsteller
in die Spule gezogen wird. Führe mindestens sieben Messungen durch (jeweils mit und
ohne Eisenkern in der Spule).
BONUS: Hänge den Gewichtsteller an einen Federkraftmesser, welcher an einem Stativ
hängt. Stelle die Spule unter den Gewichtsteller, so dass die Spulenöffnung nach oben
zeigt. Messe für verschiedene Spulenspannungen die Kraft, mit der der Gewichtsteller
nach unten gezogen wird.
Figure 1: Aufbau Versuchsteil 1
1.1.2
Wechselndes Magnetfeld erzeugt Spannung (und Strom)
Schließe die Spule an ein Spannungsmessgerät an. Bewege einen Stabmagneten schnell
im Kern der Spule hin und her. Notiere Deine Beobachtungen.
1.2
Transformator
Schließe dazu die Spule mit 1000 Windungen (Primärspule) an die Wechselstromquelle
an und messe mit dem Multimeter die Spannung, die an der Spule anliegt. Verbinde
die Spule durch einem geschlossenen Eisenring mit einer zweiten Spule mit 500 Windungen (Sekundärspule). a) Messe die Spannung an der Sekundärspule für drei verschiedene
Spannungen an der Primärspule. b) Stelle an der Primärspule eine feste Wechselspannung von 6, 3 V ein und untersuche die Spannung an der Sekundärspule in Abhängigkeit
vom Verhältnis der Windungszahlen beider Spulen. Setze dazu jeweils Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen als Sekundärspulen ein.
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Auswertung
1.) Erstelle zwei Diagramme (eines für die Werte ohne Eisenkern, eines für die Werte
mit Eisenkern) mit der Spannung auf der x-Achse und mit zwei y-Achsen. Auf der linken
y-Achse wird der Spulenstrom i aufgetragen, auf der rechten y-Achse wird der Abstand d
aufgetragen.
Beschreibe die Diagramme und Deine Beobachtungen. Wie hängt die Stärke des Magnetfeldes vom Strom ab? Was passiert wenn man den Eisenkern in die Spule bringt? Was
passiert wenn man einen Stabmagneten im Kern einer Kupferspule hin und herbewegt?
(Optional: Spekuliere über Erklärungen zu Deinen Beobachtungen.)
BONUS: Stelle die Kraft, mit welcher der Gewichtsteller zur Spule gezogen wird, in einem
Spannung-Kraft Diagramm dar.
2.) Für den idealen Transformator gilt für den Zusammenhang zwischen der Spannung
an der Primärspule U1 und der Spannung an der Sekundärspule U2 der folgende Zusammenhang:
N1
U1
=
(1)
U2
N2
Dabei sind N1 und N2 die Windungszahlen von Primär- und Sekundärspule. Berechne für
alle Werte von U1 und U2 jeweils U1 /U2 und vergleiche mit der theoretischen Erwartung.
Schreibe einen kurzen Kommentar zu den Werten aus 1.2.a) und 1.2.b).