Elektromagnetische Induktion - Transformatorprinzip E6.15

Elektromagnetische Induktion - Transformatorprinzip Otto E6.15
Kurzbeschreibung
Mit der angegebenen Schaltung demonstriert man Grundexperimente
zur elektromagnetischen Induktion und das Grundprinzip des
Transformators.
Stückliste / Schaltplan
Pos. Teile Standort
1 Netzteil geregelt, 40 V, 5 A 306 / 02
2 Spule 250 Wdg. mit Mittelabgriff 307 / 04
3 Spule 500 Wdg. mit Mittelabgriff 307 / 04
4 Demo-Multimeter 306 / 03
5 200 µF Kondensator 307 / 06
6 3,3 kΩ Widerstand 307 / 04
7 2 Umschalter 306 / 07
8 Tastschalter 306 / 07
9 Stabmagnet 307 / 04
10 Weicheisenkern 307 / 04

Elektromagnetische Induktion - Transformatorprinzip Otto E6.15
Detailbeschreibung
Schaltungsaufbau: Mit der Spannungsquelle (40 V, 5 A) schaltet man in der Primärspule einen Strom I 1 einstellbarer
Größe über einen Taster ein und aus. In der Sekundärspule werden Stromstöße I 2 induziert, deren Zeitintegrale
proportional zum Zeigerausschlag eines ballistischen Galvanometers sind. Durch Umschalter kann man die
Windungszahlen der beiden Spulen halbieren. Als ballistisches Galvanometer kann die angegebene Schaltung mit
dem Demo-Multimeter (Bereich 3 mV) eingesetzt werden.
Bemerkungen
1. Experiment: Bewegung eines Stabmagneten in der Nähe der Sekundärspule:
Annähern/Entfernen, Einführen/Herausziehen (vorsichtig!), Umdrehen über der Spule: zeitliche Änderung des
magnetischen Flusses durch die Sekundärspule induziert Stromstöße (Zeigerausschläge) im Sekundärkreis.
2. Experiment: Ausschlag und Richtung bei Änderung des Magnetfeldes im Primärkreis:
Bei einem Primärstrom I 1 = 2-3 A sieht man, dass der Zeigerausschlag, d. h. die Stromrichtung im Sekundärkreis
entgegengesetzt ist bei Ein- und Ausschalten.
3. Experiment: Größe des Zeigerausschlages bei verschiedener Kopplung:
a) mit wachsendem Abstand sinkt die Größe des Zeigerausschlages,
b) bei gekreuzten Spulen hat man keinen oder nur einen kleinen Ausschlag.
4. Experiment: Größe des Ausschlages bei verschiedenen Windungszahlen:
Primär Sekundär Zeigerausschlag
250 Wdg.
250 Wdg.
125 Wdg.
125 Wdg.
500 Wdg.
250 Wdg.
500 Wdg.
250 Wdg.
1 (voll)
ca. ½
ca. ½
ca. ¼
5. Experiment:
Einführen eines Eisenkerns in beide Spulen führt zu drastischer Erhöhung des Zeigerausschlages. Achtung:
I 0 zuvor auf 120 mA verringern! Vorsicht beim Hantieren mit Stabmagneten!
Formale Beschreibung: (k: Kopplungsfaktor)
Fluß durch Sekundärspule:
⎛
= k ⋅ N ⋅ A ⋅ B = k ⋅ A ⋅ ⎜ µµ
⎝
N ⋅ I ⎞
⎟ = L
⎠
1 1
Φ 2 2 2 1 2 0
l1
⋅ I
12 1
Induzierte Spannung: U
2
=− 2 = L12 ⋅I1
Induzierter Strom:
U
2
I
2
=
R
2
Zeigerausschlag prop. zu: L
Q I t dt
12
k ⋅ µ µ
0
⋅ A2
2
= ∫ 2
( ) = ⋅ ∆I
1
= −
R
R ⋅ l
⋅( N ⋅ N ) ⋅ ∆I
Φ . .
2
2 1
1 2 1
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