Die Transformatorgleichung.
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1.) Der Transformator - ein Spannungswandler.
Ein Transformator (kurz Trafo) besteht meist aus zwei elektrisch
getrennten Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern.
Mehr über den Aufbau und die prinzipielle Funktion eines Transformators
gibt es hier
Funktionsprinzip des
Transformators
An die Primärspule (auch Spule 1 oder
Feldspule) wird eine Wechselspannung
angelegt.
Diese erzeugt in der Spule ein sich änderndes Magnetfeld, das
auch in der Sekundärspule (auch Spule 2 oder
Induktionsspule) wirkt.
Dort entsteht dann ebenfalls eine Wechselspannung.
Die Spannung an der Sekundärspule ist in der Regel eine andere
als die an der Primärspule, die Spannung wird also umgewandelt /
transformiert.
Der Transformator ist daher ein Spannungswandler.
2.) Die Windungszahlen bestimmen die Spannungen.
Nach welcher Gesetzmäßigkeit verhalten sich die Spannungen in
Primär- und Sekundärspule?
Dies kannst du hier erforschen.
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Fragen und Aufgaben:
1.) gleiche Windungszahlen.
- Wie groß ist die Spannung an der Sekundärspule, wenn beide Windungszahlen 1000 sind?
Stelle nun andere Windungszahlen ein, aber so, dass Primär- und Sekundärspule gleich viele Windungen haben (also z.B. n1=100 und n2=100).
- Was kann man nun über die Spannungen U1 und U2 aussagen?
2.) Niederspannungstransformator.
Wähle nun für die Windungszahl der Primärspule (links)
n1=10000 (letzter Menüpunkt) - und ändere dies nicht mehr.
Wähle für die Windungszahlen der Sekundärspule (rechts)
verschiedene Windungszahlen
- Wie groß sind nun die Spannungen an der Sekundärspule
U2 nun, verglichen mit der Primärspannung U1?
- Einen solchen Transformator nennt man "Abwärtstrafo" oder "Niederspannungstrafo". Begründe!
3.) Hochspannungstransformator.
Wähle nun für die Windungszahl der Primärspule (links)
n1=10 (erster Menüpunkt) - und ändere dies nicht mehr.
Wähle für die Windungszahlen der Sekundärspule (rechts)
verschiedene Windungszahlen
- Wie groß sind nun die Spannungen an der Sekundärspule
U2 nun, verglichen mit der Primärspannung U1?
- Einen solchen Transformator nennt man "Aufwärtstrafo" oder "Hochspannungstrafo". Begründe!
Die Transformatorgleichung
- Wie muss man die Windungszahlen wählen, damit die
Sekundärspannung U2 besonders groß / besonders klein
wird?
Welche maximale / minimale Spannung kann U2 in der Animation annehmen?
- Ergänze für folgende Tabelle über den Transformatortyp, Windungszahlen und Spannungen:
| Transformatortyp | Windungszahlen | Spannungen |
| Trenntransformator | n1 = n2 | |
| Niederspannungstransformator | U1 > U2 | |
| Hochspannungstransformator | U1 < U2 |
- Kannst du einen formelmäßigen Zusammenhang angeben, wie die Spannungen an Primär- und Sekundärspule (U1 und U2) von den Windungszahlen (n1 und n2) abhängen?
Mehr zur Transformatorgleichung, den Niederspannungs- und
Hochspannungstransformatoren und ihren Anwendungen findest du auf folgender
Seite
Hochspannungs- und
Niederspannungstransformatoren.
Dort kannst du auch nachprüfen, ob du die Gesetzmäßigkeiten
richtig herausgefunden hast.
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA ( |
