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Physik - Transformator

Frage: Physik - Transformator
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1. warum funktioniert ein transformator nur mit wechselstrom und nicht mit gleichstrom? (ausführlich)

2. welche aufgaben haben transformatoren?
3. weshalb sind die eisenkerne von transformatoren geblättert?
4. warum steht die vergrößerung der sekundärspannung nicht im widerspruch zum ernergieerhaltungssatz?
5. wie lässt sich die sekundärspannug verkleinern?
Frage von julia13 | am 07.03.2014 - 19:58


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Antwort von matata | 07.03.2014 - 20:48
Es gibt für jede von deinen Fragen mehrere Internetseiten, die Antworten bereit halten. Nur lesen und verstehen musst du sie selber:



http://de.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090319022102AAEDdCD

http://a.webvisitenkarte.net/images/document/28284/Kapitel_4_Transformator.pdf?red=1

http://www.mathehotline.de/physik4u/hausaufgaben/messages/25/1028.html

http://de.wikibooks.org/wiki/Physikalische_Grundlagen_von_Transformatoren

Wenn du noch Zusatzfragen hast, dann schreib sie bitte hier ins nächste Antortfeld.
________________________
 e-Hausaufgaben.de - Team


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Antwort von MichaJ | 07.03.2014 - 23:53
Zur ersten Frage: Ausführlich ... wow. Aber wir haben Zeit.

Jeder elektrische Strom umgibt sich mit einem Magnetfeld. Warum kann eventuell die Quantenphysik erklären. Ich hänge ja eh der Theorie an, das das magnetische Feld nur eine andere Darstellungsart des elektrischen Feldes ist. Quasi um 90° gedreht.

Jetzt sollte man meinen, das es auch möglich ist, mit einem Magnetfeld einen el. Strom zu erzeugen. Klappt aber leider nicht so ganz. Denn der elektrische Strom ist nur ein Resultat der elektrischen Spannung. Ähnlich der Wasserströmung durch ein mit grobem Kies gefülltes Rohr, die ja nur ein Resultat des Wasserdruckes ist.
Aber im 19JH macht man folgende Entdeckung: Wird ein Permanentmagnet auf eine Spule zubewegt oder davon entfernt zeigt sich eine elektrische Spannung. Daraus ergiebt sich dann das Induktionsgesetz:


Gleichung: u[V] = d(Phy)[Vs] / dt[s]

u -> beliebige elektrische Spannung V (Volt) (in Deinem Fall Sekundärspule)
(Phy) -> (Formelzeichen grischischer Buchstabe, aber leider nicht in ASCII verfügbar) magnetischer Fluss in Wb (Weber) = Vs (Voltsekunde)

t -> Zeit in s (Sekunden)
d -> Zeichen für beliebige Änderung

Hier müßte man jetzt entsprechend mit einem Integral lösen, war aber nicht Teil der Aufgabe. Zumindest funktioniert die Einheitengleichung, das reicht fürs Verständniss.

Jetzt benötigen wir noch die Gleichung für den magnetischen Fluß (Phy):

Gleichung: (Phy)[Vs] = B[Vs/m²] * A[m²]

B -> magnetische Flußdichte in T(Tesla) = Vs/m²
A -> vom magnetischen Feld senkrecht durchdrungene Fläche in m²

So. Die Zeit ändert sich naturgemäß ja permanent. Alles klar soweit. Aber auch der magnetische Fluss muß sich ändern, damit eine Spannung induziert werden kann.
Und in der 2. Gleichung finden wir die Stellschrauben dafür. Entweder wir verändern die Fläche, die senkrecht vom Feld durchdrungen wird. Das passiert, wenn man eine Leiterschleife in einem Magnetfeld dreht. Generator oder Dynamo. (Wobei es Egal ist ob sich nun die Leiterschleife oder der Magnet selbst dreht. Relativ ist das Stichwort)

Oder wir verändern den magnetischen Fluss. Entweder man erhöht oder verringert jetzt den magnetischen Widerstand (Luftspalt größer oder kleiner) oder wir greifen uns die nächste Stellschraube. Fluss und Widerstand klingen schonwieder nach Spannung.
Und sowas ähnliches aben wir auch: Die magnetische Feldstärke(H) in A/m.

Gleichung: B(Vs/m²) = µ0(Vs/Am)*µr()*H(A/m)

µ0 -> magnetische Feldkonstante = 4Pi*10-7
µr -> Materiealkonstante, dimensionslos
der Unterstrichene Teil bildet den magnetischen Widerstand.


So. Die magnetische Feldstärke. Wie ändern wir die jetzt? Wir gucken erstmal, wo die schonwieder herkommt.

Gleichung: H(A/m) = (Theta)(A) / lm(m)

(Theta)-> griechischer Buchstabe, magnetische Durchflutung in A (Ampere)
lm -> mittlere Feldlinienlänge. Beim Trafo also der mittlere Kernumfang. In Metern gemessen versteht sich.

Der Kern ändert sich nun beim Trafo auch nicht, also müssen wir an die magnetische Durchflutung.

letzte Gleichung: (Theta)(A) = n*I(A)

n: Anzahl der Windungen einer Spule.
I: el. Stom durch die Spule.

Wir wollen jetzt nicht die Spulen umwickeln damit sich die magnetische Durchflutung ändert. Nicht weil das unpraktisch ist, sonder weil Spulenwickeln eine sch... Arbeit ist. Also muß sich der Strom ändern.

Und beim Wechselstrom ändert sich der Strom ja von Hause aus. Und zwar von maximal
Richtung 0° über 0 hin zu maximal 180°. Er fließt also immer hin und her, wie Wasser in einem Rohr, bei dem Du jeweils ein anderes Ende nach oben hältst.

Und bei Gleichstrom? Dann ändert sich immer noch nichts. Und wenn sich nichts ändert, wird keine Spannung induziert.

Am besten schreibst Du Dir die Gleichungen untereinander auf ein Blatt Papier. Dann sieht schlüssiger aus.


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Antwort von MichaJ | 08.03.2014 - 00:35
2. Frage.

Zunächst kann man, wie die letzte Gleichung aus dem 2. Beitrag vermuten läßt, die Wirkung des Trafos mit der Anzahl der Windungen der Spulen beeinflussen. Grob kann man hier einen Dreisatz aufstellen:

u1/n1=u2/n2

u -> elektrische Spannung über die Spule
n -> Windungsanzahl der einzelnen Spule

indizes: Spule 1 oder 2

Wenn mans genau möchte ... siehe Antwort 2. Man mus aber mindestens 2 mal hin und her rechnen, um alle Werte zu kriegen. (Ja, die Spannung an der Primärspule wird von der Sekundärspule verursacht. Klingt verwirrend? Nur auf den 1. Blick.)

Kurz und knapp: Mit einem Trafo ändert man Spannungen.

Aber man kann damit auch Stromklreise galvanisch Trennen. Also dafür sorgen, das Stromkreise zwar in wechselwirkung stehen, aber keine direkte Berührung zueinander haben. Schutztrafo oder Trenntrafo nennt man das dann. Benötigt man zum Beispiel, wenn man mit elektrischen Geräten in Stahlkesseln oder auf Stahlkonstruktionen arbeitet. Dann kann man auch ... trau mich garnicht, das zu sagen ... aber zum Verständniss DEN FÖN IN DIE WANNE SCHMEIßEN. Aber machs nicht. Du hast keinen Trenntrafo.

Manchmal möchte man auch nur Verhindern, das Gleichstromanteile mitgeführt werden. In Audioverstärkern findet man an den Ausgängen für die Lautsprecher meißt sogenante Übertrager.



3. Frage. Geblecht! Nicht Geblättet! Heißt ja auch nicht Zitruspelle!
Auch der Eisenkern ist genaugenommen nur eine Spule mit einer Windung. Also wird auch hier eine Spannung induziert. Die ist zwar sehr gering. Der Wiederstand von Eisen aber auch. Deswegen fertigt man die Kerne von eigendlich allen Spulen aus Blech und isoliert die einzelnen Lagen gegeneinander. So können keine sogenannten Wirbelströme fließen.


4. Frage:
Strom in Spule 1 verursacht Spannung über Spule 2.
Spannung über Spule 2 verursacht Strom durch Spule 2.
Strom durch Spule 2 verursacht Spannung über Spule 1.

Achtung: Bei Wehselspannung geht es zusätzlich noch um Winkel ... die Ströme und Spannungen haben desshalb alle einen Zeitversatz. Deswegen sieht das manchmal seltsam aus, aber fürs einfache Verständnis gehts nicht besser.

Also: Ich will bei festgeletem Strom und bei festgelegter Spannung durch und über Spule 1 etwa eine 1000 mal höhere Spannung an Spule 2 erzeugen. Also nehme ich die 1000fache Windungszahl (sehr theoretisch, da wir die Verlußte ausser Acht lassen). Jetzt kann ich aber nur ein 1000stel des Stromes von Spule 1 fließen lassen. Sonst bricht alles zusammen. Feuerwerk.

5. Frage ... ist schon beantwortet.

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