Versuch E1: Wirkungsgrad eines Transformators

Praktikum Physik GK 11
Versuch E1:
Wirkungsgrad eines Transformators
Elektroenergie muss über große Entfernungen transportiert werden. Wirtschaftlich sind solche
ausgedehnten Netze nur zu betreiben, wenn die Spannung im Kraftwerk mit Hilfe von
Transformatoren vergrößert und in der Nähe von „Verbrauchern“ (physikalisch exakt: Wandler) auf
die Netzspannung herunter transformiert wird. Auch in vielen Haushaltgeräten, z.B. in
Fernsehgeräten oder Mikrowellenherden befinden sich Transformatoren. Für die rationelle Nutzung
von Energie muss der Wirkungsgrad eines Transformators möglichst hoch sein.
Es soll die Abhängigkeit des Wirkungsgrades eines Transformators näher untersucht werden.
Aufgabe
Bestimmen Sie den Wirkungsgrad von Transformatoren bei unterschiedlichen Bedingungen.
Vorbereitung
1. Erläutern Sie den Aufbau und die Wirkungsweise eines Transformators. Gehen Sie dabei
insbesondere auf das Phänomen der elektromagnetischen Induktion ein.
2. Definieren Sie den Begriff Wirkungsgrad. Entscheiden und begründen Sie, in welchem
Intervall sich der Wirkungsgrad einer Anlage stets bewegt.
3. Die auf der Primärseite des Transformators zugeführte Energie kann nach der Gleichung
E1=U1.I1.t1 berechnet werden, die auf der Sekundärseite abgegebene Energie nach der
Gleichung E2=U2.I2.t2 .
Entwickeln Sie eine Gleichung zur Berechnung des Wirkungsgrades am Transformator.
4. Erstellen Sie einen Schaltplan mit allen erforderlichen Messgeräten. Entwerfen Sie geeignete
Messwerttabellen.
Durchführung
(Beachten Sie die ergänzenden Hinweise des Lehrers.)
1. Bauen Sie den Transformator aus zwei Spulen, U-Kern und I-Kern auf.
2. Im Sekundärkreis sollen 6V- (bzw. 12V-) Glühlampen oder Widerstände betrieben werden.
Durch das Parallelschalten weiterer Glühlampen oder Widerstände wird die Belastung im
Sekundärkreis stetig erhöht. Schalten Sie den Transformator entsprechend ihrer Schaltung
und fügen Sie im Sekundärkreis zunächst eine Glühlampe oder Widerstand ein.
3. Messen Sie die Spannungen und Stromstärken bei Belastung mit einer Glühlampe oder
einem Widerstand. Durch Parallelschaltung einer/eines zweiten und dann einer/eines dritten
wird die Belastung vergrößert. Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle ein.
4. Entfernen Sie den I-Kern und führen Sie die Messungen noch einmal durch. Tragen Sie die
Messwerte in eine zweite Tabelle ein.
Auswertung
1. Vergleichen Sie alle Ergebnisse Ihrer Untersuchungen miteinander. Formulieren Sie
allgemein, wovon der Wirkungsgrad des Transformators abhängig ist.
2. Geben Sie eine physikalische Begründung für die unterschiedlichen Wirkungsgrade bei ein
und demselben Transformator an.
3. Führen Sie eine Fehlerdiskussion durch.