Big Bang HTL 3, Schulbuch

62 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Will man die Spannung hinauf transformieren , muss man auf der Sekundärseite mehr Windungen haben (Abb. 6.28 und 5.39, S. 54) und umgekehrt. In diesem Fall gibt es fast nur induktive Widerstände, und der Leistungsfaktor (Kap. 6.2, S. 60) ist daher nahe, aber nicht ganz null. Wenn du etwa auf den Trafo eines ausgeschalteten Laptops greifst, wirst du feststellen, dass sich dieser erwärmt hat. Es gibt also eine kleine Leistungsabgabe ( F14 ). Wenn man nun ein Gerät anschließt, wenn man etwa einen Laptop auflädt, dann spricht man von einem belasteten Transformator. In diesem Fall sind die Verhältnisse wesent- lich komplizierter, weil nun auch in der zweiten Spule Strom fließt. Dadurch entsteht zusätzlich eine Induktionsspannung in der ersten Spule. Man weiß aber aus Erfahrung, dass die Leistungen primär und sekundär praktisch gleich sind, wenn man die Verluste vernachlässigt. Daher ergibt sich: Die Stromstärken in den Spulen verhalten sich umgekehrt proportional zu den Windungszahlen, also I 1 : I 2 = N 2 : N 1 . Will man also den Strom hinauf transformieren, muss die zweite Spule weniger Windungen aufweisen (Abb. 6.29). Abb. 6.29: Die Windungszahlen verhalten sich wie 75 : 1. Durch den hohen Stromfluss in der Sekundärspule kann man sogar einen Eisennagel zum Schmelzen bringen Weil das Übersetzungsverhältnis der Spannungen auch im belasteten Fall näherungsweise gilt, kann man zusammen- fassen: Formel: Übersetzungsverhältnis eines Trafos U 1 : U 2 = I 2 : I 1 = N 1 : N 2 U … Spannung [V] Ι …. Stromstärke [A] N …Windungszahlen Abb. 6.28: Die Windungszahlen verhalten sich wie 1 : 20. Bei 230V primär herrschen also sekundär 4600V, das reicht für einen saftigen Funkenüberschlag. F Das erste E-Werk der Welt arbeitete mit Gleichstrom. Der be- rühmte T HOMAS E DISON , der unter anderem die Glühbirne ver- besserte, setzte auf diese Technik. Dagegen stand die Wechselstromtechnik, deren bekanntester Verfechter N IKOLA T ESLA war. Weil es hier nicht nur ums Prestige, sondern auch um unglaublich viel Geld ging, entbrannte ein Streit, der vor allem von Edison brutal geführt wurde. Um die Gefährlich- keit von Wechselstrom zu zeigen, erfand er quasi nebenbei den elektrischen Stuhl. Letztlich setzte sich der Wechsel- strom durch, weil er transformierbar ist. Info: Wirklich dicke Kabel Experiment: Fernleitung Modellversuch Abb. 6.30: Das Hochspannungsnetz in Österreich hat zwischen 110 kV und 380 kV. Wirklich dicke Kabel Man arbeitet deshalb mit extremen Hochspannungen, weil dann die Verluste wesentlich geringer sind ( F13 ). Es geht also weniger Energie durch Erwärmung verloren. Die Kraft- werksleistung ist P = U · I , daher ist I = P / U . Ein Teil davon geht beim Transport verloren – die Verlustleistung P V . Weil diese vom Widerstand der Leitungen abhängt, setzen wir das Ohm’sche Gesetz ein: P V = U · I = I · R · I = I 2 · R . Die Verlust- leistung ist dann: P V = I 2 · R = P 2 · R ____ U 2 ~ 1 __ U 2 Die Übertragungsverluste sind indirekt proportional zum Quadrat der verwendeten Spannung. Würde man statt z. B. 220.000V nur mit 230V arbeiten, dann müsste die Quer- schnittsfläche der Leitungen rund eine Million Mal größer sein, also statt etwa 1 cm 2 unvorstellbare 100m 2 . Das wären wirklich dicke Kabel! i Abb. 6.31: Ein gigantischer Trafo, der Hochspan- nung für den Transport Australien – Tasmanien erzeugt Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv