93 18 Der Energiehunger der Welt Michael Faraday (B 17.12, S. 84) entdeckte 1830, dass man Strom erzeugen kann, wenn sich ein Leiter in einem veränderlichen Magnetfeld befindet. Das nennt man elektromagnetische Induktion ( A 1 ). Diese kann man zum Beispiel durch Bewegung erreichen, wie das beim Generator der Fall ist (T 18.1 links). Generator Transformator Elektromagnetische Induktion durch Bewegung (Kap. 17.3, S. 86): Strom wird in den äußeren Spulen erzeugt, indem sich ein Elektromagnet mit konstantem Magnetfeld vorbei bewegt. Elektromagnetische Induktion durch Veränderung der Magnetfeldstärke: Strom wird in der rechten Spule erzeugt, indem sich das Magnetfeld der linken Spule durch Wechselstrom verändert. T 18.1 Zwei Möglichkeiten, wie man elektromagnetische Induktion hervorrufen kann Es gibt aber noch eine zweite grundlegende Möglichkeit: Man kann elektromagnetische Induktion auch erzeugen, indem man den Stromfluss in einem Elektromagneten ändert, weil sich ja auch dadurch das Magnetfeld verändert. Und genau das macht man bei einem Transformator, den man auch kurz Trafo nennt (Tab. 18.1 rechts)! Das Ding, das Faraday in seinem Originalexperiment verwendete, war im Prinzip bereits ein solcher Trafo ( A 2 ) – aber es wurde damals noch nicht so bezeichnet. Die Kompassnadel schlägt nur aus, wenn der Stromkreis gerade geöffnet oder geschlossen wird. Warum? Weil sich nur dann das Magnetfeld der linken Spule ändert, das durch den geschlossenen Eisenkern auch in der rechten Spule wirksam wird (B 18.5). Und dieses veränderliche Magnetfeld in der rechten Spule lässt die Kompassnadel ausschlagen. A 4 ist eine leichte Abwandlung dieses Experiments: Die Lampe leuchtet kurz auf, wenn der Stromkreis gerade geöffnet oder geschlossen wird. Damit die Lampe dauerhaft leuchtet, müsstest du links rasend schnell ein- und ausschalten. Ziemlich unpraktisch! Es gibt aber eine elegante Möglichkeit: Du fütterst die linke Spule nicht mit Gleich-, sondern mit Wechselstrom (B 18.5). Das wechselnde Magnetfeld wird durch den Eisenkern nach rechts weitergeleitet und induziert dort einen Wechselstrom – Trafo fertig! 600 Windungen Joch b V V a 300 Windungen 300 Windungen 600 Windungen B 18.5 Aufbau eines Transformators: Das Magnetfeld ist gewissermaßen im Eisenkern gefangen. Wozu aber der Aufwand, wenn du rechts erst wieder einen Wechselstrom bekommst? Der Clou an einem Trafo ist, dass man durch unterschiedliche Windungszahlen in den Spulen Spannung und Stromstärke verändern kann. Die Spule, in die der Strom eingespeist wird, nennt man immer Primärspule (lat. primus = der Erste), die andere Sekundärspule (lat. secundus = der Zweite; B 18.5). Die Spannungen in den Spulen stehen im selben Verhältnis wie die Windungszahlen A 5 . Als Formel angeschrieben sieht das folgendermaßen aus: B 18.6 Wie die Windungszahlen die Spannungen beeinflussen: N1/N2 nennt man das Übersetzungsverhältnis. Sehen wir uns einmal an was passiert, wenn auf der Sekundärseite mehr Windungen sind als auf der Primärseite (also N2 > N1). In diesem Fall wird die Spannung höher, also hinauftransformiert. Wenn die Spannungen sehr hoch sind, dann kannst du auf der Sekundärseite prächtige Funken erzeugen (B 18.7). B 18.7 Der Hochspannungstrafo: In unserem Beispiel beträgt das Übersetzungsverhältnis 500 zu 23.000, also 1 zu 46, wodurch man von 230 V auf 10.580 V kommt und du Mordsfunken erzeugen kannst. Eisenkern Primärspule N1 N2 Sekundärspule U2 U1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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