29 17 Anwendungen von Transformatoren Mit Hilfe der Induktion kannst du durch die Wahl entsprechender Spulen aus einer vorgegebenen Primärspannung jede gewünschte Sekundärspannung erzeugen. Dabei kann die Primärspannung sowohl in eine höhere als auch in eine niedrigere Sekundärspannung transformiert werden. Bei einem guten Transformator ist die elektrische Leistung im Sekundärstromkreis und im Primärstromkreis abgesehen von Verlusten annähernd gleich groß. Also gilt: Up · Ip = Us · Is oder Ip : Is = Us : Up = ns : np. Daraus folgt: Je höher die Sekundärspannung, desto kleiner ist die Stromstärke im Sekundärkreis. Dadurch wird auch die Energieerhaltung erfüllt. Was passiert mit der Stromstärke im Sekundärkreis, wenn die Sekundärspannung kleiner als die Primärspannung ist? Fließt auf der Sekundärseite kein Strom, so ist auch im Primärstromkreis der Energieaufwand fast null (Leerlaufbetrieb). Elektrische Klingeln werden im Allgemeinen mit Spannungen von etwa 4–12 V, Spielzeugeisenbahnen und Autorennbahnen mit Spannungen bis etwa 24 V betrieben. Halogenlampen benötigen eine Spannung von 12 V. Diese Spannungen erreicht man mit Transformatoren, welche die Netzspannung von 230 V auf die benötigte Kleinspannung herabsetzen. Dies geschieht z. B. in Netzgeräten, wie wir sie auch für physikalische Versuche verwenden. Das wird auch in vielen Ladegeräten genützt. Es gibt aber auch Ladegeräte ohne Transformator. Beim „induktiven Laden“ (drahtlose Energieübertragung durch elektromagnetische Induktion) ist nicht einmal ein Eisenkern nötig. Mit einem Niederspannungstransformator, der primär viele Windungen und sekundär nur wenige Windungen aus dickem Draht besitzt, lassen sich sehr hohe Stromstärken erzielen. Denn je niedriger die Sekundärspannung ist, desto größer kann die Stromstärke in der Sekundärspule werden. Dabei entsteht z. B. die zum Löten und Schweißen notwendige Wärme. Demonstrationsversuch: Mit einer Primärspule von etwa 75 Windungen und einer Sekundärspule mit 6 Windungen aus einem dicken Kupferdraht wird ein Transformator aufgebaut. Die Enden der Sekundärspule werden mit einem Eisennagel überbrückt. Nun wird primärseitig eine Spannung von 30 V angelegt. Was kannst du beobachten (Abb. 17.1)? Bei diesem Übersetzungsverhältnis haben wir an der Sekundärspule eine Spannung von etwa 2 V. Bei dieser niedrigen Spannung ergibt sich im Sekundärkreis eine derart hohe Stromstärke, dass der Eisennagel bis zum Durchschmelzen erhitzt wird. Praktische Anwendung findet ein solcher Hochstromtransformator vor allem bei elektrischen Schweißgeräten (electric welding apparatus, Abb. 17.2). Ersetzen wir die Sekundärseite durch eine einzige Windung, die als Rinne ausgeführt ist (Schmelzrinne, Abb. 17.3), so erhalten wir das Modell eines Elektroschmelzofens (Induktionsofen). Demonstrationsversuch: Mit einer Primärspule von 600 Windungen und einer Schmelzrinne als Sekundärspule wird ein Transformator aufgebaut (Abb. 17.3). Hast du zu Hause einen Transformator? 17.1 Die Stromstärke auf der Sekundärseite dieses Niederspannungstrafos wird so groß, dass der Eisennagel durchschmilzt. Daher heißt er auch Hochstromtransformator. 17.2 Schweißerin mit Elektroschweißgerät 17.3 „Induktionsofen“ mit Schmelzrinne Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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