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Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre

Transformator

Ein Transformator besteht aus zwei Spulen auf einem gemeinsamen geschlossenen Eisenkern. Die Wechselspannung an der Primärspule erzeugt einen sich ständig ändernden magnetischen Fluss im Kern. Er durchsetzt auch die Sekundärspule und induziert dort eine Wechselspannung. Weil durch jede Windung beider Spulen derselbe Fluss geht, gilt im Leerlauf U1U2 = n1n2. Mit Gleichspannung funktioniert ein Transformator nicht: ohne Flussänderung keine Induktion.

So gehst du vor

  1. 1Wähle Primär- und Sekundärspule und den geschlossenen Eisenkern. Stelle die Primärspannung ein.
  2. 2Lies die Scheitelwerte Û1 und Û2 an den Messgeräten (Oszilloskop) ab.
  3. 3Tippe „n2 und Û2 in die Tabelle“ und wiederhole mit den anderen Sekundärspulen.
  4. 4Nimm das Joch ab und dann den ganzen Kern heraus. Was ändert sich?
  5. 5Schalte auf Gleichspannung und betätige den Schalter mehrmals. Wann zeigt die Sekundärseite eine Spannung?
Primärspannung (Scheitelwert)
0,00 V
Sekundärspannung (Scheitelwert)
0,00 V

Primärspule n1

Sekundärspule n2

Eisenkern

Primärspannung Û1

10,0 V

Spannungsquelle

Die Sekundärspule ist offen (Leerlauf). Die Messgeräte zeigen Scheitelwerte; für die Spannungen, die ein Spannungsmesser im Wechselspannungsbereich anzeigt, gilt dasselbe Verhältnis.

Windungszahl und Sekundärspannung: Û2 über n2

Primärspule, Primärspannung und Kern während der Messreihe nicht ändern. Beim idealen Transformator ist die Steigung Û1n1.

Nr.Windungszahl n2Scheitelwert Û2 in V
02505000,00,40,81,21,62,0n2 Û2 in V

Aufträge

  1. Erkläre mit dem Feldlinienbild, wie die Spannung in der Sekundärspule entsteht. Warum ist sie eine Wechselspannung mit derselben Frequenz?
  2. Miss Û2 für alle Sekundärspulen bei fester Primärseite und prüfe U1U2 = n1n2.
  3. Skriptaufgabe: 1000 Windungen primär, 50 sekundär. Welche Spannung liefert der Transformator im Leerlauf an 230 V? Bilde das Verhältnis hier nach (Primärspannung 20 V).
  4. Nimm das Joch ab und den Kern ganz heraus. Erkläre mit den Feldlinien, warum die Sekundärspannung kleiner wird. Was folgt daraus für ein Induktionsladegerät?
  5. Schalte auf Gleichspannung. Wann tritt an der Sekundärspule eine Spannung auf, mit welchem Vorzeichen, und warum funktioniert der Transformator im Dauerbetrieb nicht?
  6. Bestimme die Windungszahl von Spule X. Löse erst danach auf.

Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitt „Transformator und Induktionsladen“ im Kapitel „Elektromagnetische Induktion“.

Üben in Minærva Noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript: