E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 20. Vorlesung

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1 E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 20. Vorlesung Barlow-Rad Heute: Telefon nach Bell - Wechselstrom - Transformatoren - Leistungsverluste - R, L, C im Wechselstromkreis Prof. Dr. Jan Lipfert Jan.Lipfert@lmu.de Prof. Dr. Jan Lipfert 1

2 Magnetischer Fluss: Wiederholung: Magnetischer Fluss & Faradaysches Induktionsgesetz B = Z ~B d ~ A [ B] =T m 2 Induktionsgesetz: Eine Änderungen des magnetischen Flusses Φ B erzeugt eine Spannung (Michael Faraday, 1831): U ind = I ~E d~s = d B dt = d dt Z ~B d ~ A Michael_Faraday Michael Faraday ( ) Lenzsche Regel: Der induzierte Strom erzeugt ein Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld entgegenwirkt. Heinrich Friedrich Emil Lenz ( ) Prof. Dr. Jan Lipfert 2

3 PINGO: Induktion a b c d B-Feld x x x x x x x x Die Abbildung zeigt vier Leiterschleifen mit Kantenlängen L bzw. 2L. Sie werden alle mit identischer konstanter Geschwindigkeit in den Bereich eines homogenen Magnetfeldes (das in die Tafelebene zeigt) bewegt. Ordnen Sie die vier Schleifen nach dem Maximalwert der induzierten Spannung (größte zuerst). Abstimmen unter pingo.upb.de! A) c, b=d, a B) a, b=d, c C) c=d, a=b D) a=d, b=c x x x x x x x x x x x x Prof. Dr. Jan Lipfert 3

4 Wiederholung: Induktivität und RL-Kreis Induktivität bezeichnet die Eigenschaft eines Leiters (bzw. Spule) aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufzubauen. U ind = LI Induktivität einer Zylinderspule: RL-Kreis U 0 R I L I =0 Joseph_Henry Joseph Henry ( ) I(t) = U 0 R (1 e t/ ) U L (t) =U 0 e t/ = L R Prof. Dr. Jan Lipfert 4

5 PINGO: Spule im Stromkreis Oben sehen Sie drei Schaltkreise mit identischen Widerständen, Induktivitäten und Batterien. Ordnen Sie die Schaltkreise in absteigender Reihenfolge nach dem Strom durch die Batterie direkt nach dem Schließen des Schalters. Abstimmen unter pingo.upb.de! A) 1,2,3 B) 3,2,1 C) 2,3,1 D) 1,3, Prof. Dr. Jan Lipfert 5

6 PINGO: Spule im Stromkreis Oben sehen Sie drei Schaltkreise mit identischen Widerständen, Induktivitäten und Batterien. Ordnen Sie die Schaltkreise in absteigender Reihenfolge nach dem Strom durch die Batterie lange Zeit nach dem Schließen des Schalters. Abstimmen unter pingo.upb.de! A) 1,2,3 B) 3,2,1 C) 2,3,1 D) 1,3, Prof. Dr. Jan Lipfert 6

7 Wiederholung: Wechselstrom, Elektromotor, Generator Elektromotor mit Kommutator Prof. Dr. Jan Lipfert 7

8 Wechselstromtechnik Voltage U [a.u.] Netzspannung: 230 V Netzfrequenz: 50 Hz Time t [a.u.] Momentan-Leistung: Gemittelte Leistung: Effektiv-Werte: Prof. Dr. Jan Lipfert 8

9 Leitungsverluste Leitungsverluste: Elektrizitaet/el_strom.html Prof. Dr. Jan Lipfert 9

10 Der Transformator Transformator: N 1 und N Prof. Dr. Jan Lipfert 10

11 Ströme im Transformator Hochstromtransformator ( Schweisstrafo ) Hochspannungstransformator ( Hörnerblitze ) Prof. Dr. Jan Lipfert 11

12 Transformatoren - Stromübertragung commons/0/08/mielew3240.jpg Überlandleitung Prof. Dr. Jan Lipfert 12

13 Wechselstrom und Widerstand Was ist der Widerstand eines Kondensators bzw. einer Spule im Wechselstromkreis? Ein Strommessgerät misst geleistete elektrische Arbeit: Wechselstromzähler ~ ~ ~ Ohmscher Widerstand Kondensator Spule Prof. Dr. Jan Lipfert 13

14 PINGO: Leistung im Wechselstromkreis In welchem Stromkreis wird (bei gleichem Strom und gleicher Spannung) die größte Leistung verbraucht? Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Stromkreis mit R B) Stromkreis mit C C) Stromkreis mit L D) Alle gleich. Blindleistung R, C, L Prof. Dr. Jan Lipfert 14

15 Kondensator im Wechselstromkreis Maschenregel: ~ 1.0 Strom: Voltage U, Current I Time t [a.u.] Wechelstromkreis: C Prof. Dr. Jan Lipfert 15

16 Der kapazitive Widerstand Vergleich mit Ohmschen Gesetz: X c Einheit: ω 1.0 Energie: Voltage U, Current I Time t [a.u.] Prof. Dr. Jan Lipfert 16

17 Spule im Wechselstromkreis Maschenregel: ~ Spule Strom: 1.0 Voltage U, Current I Time t [a.u.] Wechelstromkreis: L Prof. Dr. Jan Lipfert 17

18 Der induktive Widerstand Vergleich mit Ohmschen Gesetz: X L Einheit: ω 1.0 Energie: Voltage U, Current I Time t [a.u.] Prof. Dr. Jan Lipfert 18

19 PINGO: Hochpass und Tiefpass Wenn ich bei Schaltungen A und B jeweils die gleich Spannung mit einer hohen Frequenz bei Ue anlege, bei welcher Schaltung bekomme ich die größere Spannung bei Ua? A Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Schaltung A B B) Schaltung B C) Beide gleich Prof. Dr. Jan Lipfert 19

20 Spannungsteilerformel Prof. Dr. Jan Lipfert 20

21 Hochpass und Tiefpass Hochpass und Tiefpass Prof. Dr. Jan Lipfert 21

22 AC vs. DC AC = Alternating current = Wechselstrom DC = Direct current = Gleichstrom Thomas_Alva_Edison Thomas Elva Edison ( ) George_Westinghouse George Westinghouse ( ) Prof. Dr. Jan Lipfert 22