Physik verstehen 4, Schulbuch

54 3  Arbeitsheft-Seite 26–27 Der Transformator – ein Umwandler für Wechselströme 1. Wie kann man Wechselstrom „kabellos“ übertragen? Lädst du den Akku einer elektrischen Zahnbürste auf, so musst du sie auf den Zapfen der Ladestation stellen – ohne Kabel, ohne Stecker! Wie ist das möglich? Das Geheimnis der Ladestation (Abb. 54.2)  E1 Wickle einen lackierten (!) Kupferdraht ( ∅ 0,5mm) etwa 30–40 Mal um zB ein Rundholz mit 1 cm Durchmesser. Fixiere die entstandene Spule durch Eindrehen der Drahtenden. Brenne den Lack an den Drahtenden in einer Flamme vorsichtig ab. Befestige daran die Anschlüsse einer roten LED. Legst du die Spule über den Zapfen der angesteckten Ladestation einer elektrischen Zahnbürste, so beginnt die LED zu leuchten. In der Ladestation erzeugt der Wechselstrom ein wechselndes Magnetfeld in einer Spule („ Primärspule “). Dieses wird durch einen Eisenkern in den Zapfen übertragen. In der Spule mit der LED („ Sekundärspule “) entsteht durch elektro­ magnetische Induktion ein Wechselstrom. Geräte, die Wechselströme übertragen und verändern können, heißen „ Transformatoren “ (= „Umwandler“). 2. Was ist ein Transformator („Trafo“)? Kleinere oder größere Spannung? (Abb. 54.3 und 54.4)  W3, E1, E4 Baue den Transformator laut Abb. 54.4 zusammen. a) Verwende zwei gleiche Spulen, zB mit 600Windungen ( N p und N S ) und lege eine Primärspannung U p von 6V, 9V und 12V an. Miss die Sekundär- spannung U s mit einem Voltmeter. b) Tausche die Sekundärspule aus. Verwende zB 300 und 1 200Windungen. Verwendest du zum Übertragen von Wechselströmen Spulen mit gleicher Windungszahl, so sind die Messwerte der Spannungen U p und U s fast gleich. Unterscheiden sich die Windungszahlen von Primärspule N p und Sekundärspule N s voneinander, so verhalten sich die Werte der Spannungen U p und U s fast wie die Windungszahlen der Spulen: N p : N s = U p : U s . 54.1 Elektrische Zahnbürste mit Ladestation V1 54.2 Das Geheimnis der Ladestation Übertragung von Wechselstrom im Transformator : Wechselstrom erzeugt in der Primärspule ein sich ständig änderndes Magnetfeld. Dieses wird durch den Eisenkern auf die Sekundärspule übertragen und induziert in ihr eine Wechselspannung. M V2 54.3 Kleinere oder größere Spannung? Lege eine Tabelle für die Messungen an! N p N s U p U s 600 600 6V 6V 600 300 6V 3V 600 1 200 6V 12V usw. V Primärspule Sekundärspule Primärspannung Sekundärspannung Joch U-Eisenkern U p U s N p N s 54.4 Kleinere oder größere Spannung? Aufbau eines Transformators Ein Transformator verändert Spannungen von Wechselströmen. Das Verhältnis der Windungszahlen entspricht dem Verhältnis der Spannungen: N p : N s = U p : U s („ Transformatorgleichung “). M 54.5 Zum Betrieb von Leuchtröhren wird eine Spannung von etwa 4 kV benötigt. Ladestation Akku 54.6 Der Akku der Bohrmaschine benötigt zum Aufladen etwa 10 V. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv