Der Transformator - Treminer.de

9. Jahrgangsstufe Physik- Elektromagnetische Indukution Lehrtext
Der Transformator
Der Transformator ist wohl die wichtigste technische Erfindung des 19. Jahrhunderts.
Denn durch den Einsatz der Wechselstromtechnik ist es erst technisch möglich geworden,
den Strom über eine größere Distanz ohne größere Verluste zu leiten.
Die Bauteile eines Transformators bestehen aus:
1. Zwei Spulen mit unterschiedlichen Windungszahlen n 1 und n 2 .
2. Ein Eisenkern, auf den die Spulen aufgesteckt werden.
3. Ein Eisenjoch, der den Transformator nach oben abschließt und Randfeldstörungen
verhindert.
Funktionsweise des Transformators
Der Transformator lässt sich nur mit Wechselstrom betreiben. Dies lässt sich mit einem
einfachen Experiment beweisen: Legt man an die Primärseite des Transformators eine
Gleichspannung an, dann erkennt man am Messgerät U s = 0,00 V.
Schließt man die Primärseite eines Transformators an eine Wechselstromquelle an, dann
polt sich die Spannung an der Primärspule des Transformators immer in zeitlich konstanten
Abständen um, d.h. die Stromdurchflussrichtung ändert sich ständig. Durch das
Umpolen der Spannung an der Spule wird eine Umpolung des Magnetfeldes bewirkt,
d.h. der Nord und Südpol der Spule wird vertauscht. Durch die Umpolung des Magnetfelds
tritt eine Induktuionsspannung auf, die dafür verantwortlich ist, dass in der zweiten
Spule auf die im Kupferdraht befindlichen Elektronen eine Kraft wirkt und damit sich
die Elektonen in Bewegung versetzen. Dadurch entsteht ein Stromfluss im Sekundären
Stromkreis und man misst an der sekundären Seite des Transformators eine Spannung.
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Zusammenfassung
• Die Seite eines Transformators, die mit einer Stromquelle verbunden
ist, wird primäre Seite des Transformators genannt.
• Die Seite, die nicht mit einer Stromquelle verbunden ist, wird
als Sekundärseite bezeichnet.
• Durch die Änderung eines Magnetfelds wird eine Induktionsspannung
erzeugt.
• Die Polung der Induktionsspannung hängt davon ab, ob die
Stärke des Magnetfelds ab- oder zunimmt. Ändert sich das
Magnetfeld der Spule nicht, dann ist die Induktionsspannung
gleich Null.
• Der Betrag der Induktionsspannung ist umso größer, je
schneller sich das Magnetfeld ändert.
Das bedeutet: Je größer die Frequenz der Primärspannung ist, desto öfter ändert sich
die Polung der Spule. Deshalb ist der Betrag der Induktionsspannung je größer desto
größer die Frequenz der primären Wechselspannung ist.
Das Transformatorengesetz
Für das Transformatorengesetz geht man zunächst von einem unbelasteten Transformator
aus. Das bedeutet, dass auf der Sekundärseite kein Widerstand in den Sekundärstromkreis
geschaltet ist. Wir haben einen Transformator vorliegen mit n p = 500
Windungen und n s = 100 Windungen. n p sind die Windungen der Primärspule und n s
sind die Windungen auf der Sekundärspule. Man nimmt die folgende Messreihe auf:
U p in V 10 20 30 40 50
U s in V 2 4 6 8 10
U p
U s
=5 5 5 5 5
Wenn man nun das Verhältnis der Windungszahlen n p zu n s bildet, dann erhält man:
n p
n s
= 500
100 = 5
Vergleicht man dies mit dem Quotienten aus der Primär- und der Sekundärspannung
aus der Auswertungszeile der Messreihe, dann erhält man:
n p
n s
= 5 = U p
U s
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Dieser Zusammhang lässt sich zum Transformatorengesetz verallgemeinern:
Das allgemeine Transformatorengesetz lautet als Gleichung formuliert:
U p
= n p
U s n s
Das Verhältnis der Primärspannung zur Sekundärspannung ist dem
Verhältnis der Windungszahl der Primärspule zu der Windungszahl
der Sekundärspule gleich.
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