Physik - Transformator

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)*µ_r()*H(A/m)

µ₀ -> magnetische Feldkonstante = 4Pi*10^-7
µ_r -> 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.