10c 2. Extemporale aus der Physik Gruppe A am 09.05.2006

10c
Gruppe A
2. Extemporale aus der Physik
am 09.05.2006
REIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlR
BE
Aufgabe 1: Ein idealer Transformator mit N p = 500 Wicklungen auf
der Primärseite und N s = 10 Wicklungen auf der Sekundärseite wird auf
der Primärseite mit der Spannung U p = 230V verbunden. Auf der
3
2
Sekundärseite wird ein Lämpchen mit einem Widerstand von 6,0Ω
angeschlossen.
a) Berechne die Sekundärspannung U s .
b) Wie viel Strom fließt dann im Sekundärkreis?
c) Wie groß ist die Stromstärke im Primärkreis?
3
2
2
Σ12
Name
Up
d) Begründe, warum beim realen Transformator auf der Primärseite ein größerer Strom
fließen muss als in c) berechnet.
e) Der reale Transformator habe einen Wirkungsgrad von 80%. Berechne in diesem Fall die
Stromstärke auf der Primärseite.
10c
Gruppe B
2. Extemporale aus der Physik
am 09.05.2006
REIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlREIßlR
BE
Aufgabe 1: Ein idealer Transformator mit N p = 1000 Wicklungen auf
der Primärseite und N s = 50 Wicklungen auf der Sekundärseite wird auf
der Primärseite mit der Spannung U p = 230V verbunden. Auf der
3
2
3
2
2
Σ12
Name
Sekundärseite wird ein Lämpchen mit einem Widerstand von 4,0Ω
angeschlossen.
a) Berechne die Sekundärspannung U s .
b) Wie viel Strom fließt dann im Sekundärkreis?
c) Wie groß ist die Stromstärke im Primärkreis?
Up
d) Begründe, warum beim realen Transformator auf der Primärseite ein größerer Strom
fließen muss als in c) berechnet.
e) Der reale Transformator habe einen Wirkungsgrad von 70%. Berechne in diesem Fall die
Stromstärke auf der Primärseite.
Lösung
BE
Aufgabe 1: Ein idealer Transformator mit N p = 500 Wicklungen auf
der Primärseite und N s = 10 Wicklungen auf der Sekundärseite wird auf
der Primärseite mit der Spannung U p = 230V verbunden. Auf der
3
2
3
2
2
Sekundärseite wird ein Lämpchen mit einem Widerstand von 6,0Ω
angeschlossen.
a) Berechne die Sekundärspannung U s .
N
10
U s = s ⋅U p =
⋅ 230V = 4 ,6V
500
Np
b) Wie viel Strom fließt dann im Sekundärkreis?
U
4 , 6V
Is = s =
= 0 , 77A
R 6,0Ω
c) Wie groß ist die Stromstärke im Primärkreis?
Is N p
N
10
=
⇒ I p = I s ⋅ s = 0 , 77A ⋅
= 15mA
500
I p Ns
Np
d) Begründe, warum beim realen Transformator auf der Primärseite ein größerer Strom
fließen muss als in c) berechnet.
Durch ohmsche Verluste erwärmen sich die Spulen, d.h. nur ein Teil der Energie, die auf
der Primärseite in den Transformator reingesteckt wird, kann auf der Sekundärseite
entnommen werden. Die Leistung auf der Primärseite ist beim realen Transformator
größer als die Leistung auf der Sekundärseite.
Ohne einen Verbraucher auf der Sekundärseite würde beim idealen Transformator kein
Strom auf der Sekundärseite fließen und damit auch keiner auf der Primärseite. Wegen
des ohmschen Widerstandes der Primärspule fließt dort dennoch ein Strom, der nur zur
Erwärmung der Spule führt. Im belasteten Fall fließt ein solcher „Verluststrom“ ebenso.
e) Der reale Transformator habe einen Wirkungsgrad von 80%. Berechne in diesem Fall die
Stromstärke auf der Primärseite.
I
U
0,77A 10
Pp ⋅ 80% = Ps ⇒ U p ⋅ I p ⋅ 80% = U s ⋅ I s ⇒ I p = s ⋅ s =
⋅ = 19mA
0,80 U p
0,8 50
oder kürzer:
I
15mA
I real ⋅ 80% = I ideal ⇒ I real = ideal =
= 19mA
0 ,80 0,80
Σ12
Punkte
Note
∅ = 3,33
12 – 10,5
1
10 – 8,5
2
8-7
3
6,5 - 5
4
4,5 – 2,5
5
2–0
6