KRG NW, Physik Klasse 10, Elektromagnetismus, Fachlehrer Stahl Seite 15

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1 Seite 15 Zieht man den Stabmagneten aus dem Ring, kehren sich die oben beschriebenen Verhältnisse um. Der Ring baut mittels Induktionsspannung und daraus resultierendem Strom ein Magnetfeld auf, das dem entfernten gleichgerichtet ist: er versucht, dessen Verschwinden gemäß der Lenzschen Regel durch Erzeugen eines gleichgerichteten Feldes zu verhindern. Versuchsergebnis: Der Ring versucht, die Änderung des durch den Stabmagneten erzeugten, sich bei Bewegung aber ändernden Magnetfeldes zu verhindern. Zusammenfassung Thomsonscher Ringversuch Bewegt man den Stabmagneten in den Ring hinein, wird in diesem ein Strom induziert. Dieser ist so gerichtet, dass er ein Magnetfeld aufbaut, das dem sich nähernden Magnetfeld des Stabmagneten entgegen wirkt, dessen Aufbau also zu verhindern sucht. Bewegt man den Stabmagneten aus dem Ring heraus, wird in diesem ein Strom induziert. Dieser ist so gerichtet, dass er ein Magnetfeld aufbaut, das dem sich entfernenden Magnetfeld des Stabmagneten gleich gerichtet ist, dessen Abbau also zu verhindern sucht.

2 Seite 16 2-Wege-Lautsprecherbox SB-RX 50 von Technics Funktionsweise eines Lautsprechers Ein Lautsprecher erzeugt Töne, indem eine Membran rasch hin und her bewegt wird. Diese versetzt dadurch die Luft in Schwingungen, die vom Ohr aufgenommen und in akustische Signale umgewandelt werden. In einer 2-Wege-Lautsprecherbox werden die tiefen Töne im großen Tieftöner erzeugt, werden die mittleren und höheren Töne im Mitteltöner erzeugt werden. Bei einer 3-Wege-Lautsprecherbox werden die mittleren und höheren Töne nochmals voneinander separiert. Der kleinste Lautsprecher ist der Hochtöner. 3-Wege-Lautsprecherbox SBX 700A von Technics Die Membran ist so angebracht, dass sie frei nach vorn und hinten schwingen kann. Dabei ist sie über den mittleren Teil eines Permanentmagneten gestülpt. Die Membran ist an dieser Stelle mit einer Spule umwickelt, die von dem Strom durchflossen wird, der das akustische Signal repräsentiert. Da dieses entsprechend der wiedergegebenen Signale mit etwa 15 Hz bis Hz geschieht (Lautsprechersysteme unterscheiden sich beispielsweise in der Bandbreite ihrer Wiedergabemöglichkeiten), wird auch die Spule von einem Wechselstrom dieser Frequenz durchflossen. Im selben Rhythmus wird die Lautsprechermembran daher vom Permanentmagneten abgestoßen (also nach vorn bewegt) bzw. angezogen (also nach hinten bewegt.

3 Seite 17 Funktionsweise Elektromotor Auskunft über die Teile eines Elektromotors gibt die folgende Folie. Dabei können die Feldmagnete mit Permanentmagneten erzeugt werden, aber auch mit Elektromagneten. Das physikalische Prinzip fußt auf dem Versuch zur stromdurchflossenen Leiterschaukel, die im Magnetfeld bewegt wird. Doppel-T-Anker: Es gibt einen Totpunkt, in dem kein Drehmoment erzeugt wird. Erwischt man den Motor beim Anwerfen in dieser Position, kommt es durch den Strom leicht infolge großer Erwärmung zu einer Zerstörung des Motors. 3-T-Anker: Auf Grund der Anordnung entsteht immer ein Drehmoment, das den Motor auf jeden Fall anwirft. Der Nachteil eines 3-T-Ankers besteht darin, dass er bei geringen Drehzahlen unruhig läuft. Ein 3-T-Anker wird beispielsweise in den Motoren der Fleischmann-Modellbahnen verwendet. Diesen Nachteil vermeidet man mit einem Mehrfach-T-Anker. Er läuft auch bei kleinen Drehzahlen sehr ruhig. Beim Gleichstrom-Motor benötigt man einen Kommutator, der im rechten Moment die Stromrichtung ändert. Beim Wechselstrommotor kommt man ohne Kommutator aus. Einzelteile Dauermagnete oder Elektromagnete Kohlebürsten oder Schleifkontakte Schleifringe Kommutator Spule mit Eisenkern (Anker) Funktion Feldmagnet Stromzuführung Stromzuführung Polumwender Drehspule Sammelbegriff Stator Rotor oben: 3-T- und 12-T-Anker links: Motormodell von Leybold

4 Seite 18 Reihenschlussmotor Nebenschlussmotor Motor und Generator

5 Seite 19 Experiment: Hochspannung mit 2 V Versuchsziel: Versuchsaufbau: Mit einem Transformator werden Spannungen von V auf V hinauf transformiert. Glühlampe < 40W Versuchsdurchführung: Versuchserklärung: Versuchsergebnis: Diesterweg, Einführung in die Physik, Frankfurt am Main (Salle) 1975, S.136 (bearbeitet) Verwendet man auf der Sekundärseite eine Spule mit Windungen, so genügen auf der Primärseite bereits Wicklungen, um die 230 V-Glühlampe zum Leuchten zu bringen. Durch den Wechselstrom wird ein sich ständig änderndes Magnetfeld aufbaut. Dieses wird durch den geschlossenen Eisenkern weiter transportiert. Durch Induktion wird in der Sekundärspule Spannung induziert. Diese ist so groß wie das Verhältnis der Spulenwicklungen, also beispielsweise 1000 : 10. Liegen auf der Primärseite 2 V an, so erhält man auf der Sekundärseite 200 V. Durch einen Transformator kann man Spannungen im Verhältnis der Windungszahlen hinauf transformieren.

6 Seite 20 Energietransport mit Hochspannung Versuchsziel: Versuchsaufbau: Der Transport von elektrischer Energie mit Hochspannung vermindert die Übertragungsverluste. Dorn/Bader, Physik Sekundarstufe 1, Hannover (Schroedel) 1980, S.351 Versuchsdurchführung: Man baut den Versuch in der oben dargestellten Weise mit den angegebenen Werten auf. Versuchserklärung: Auf Grund der hohen Spannung sind die Übertragungsverluste gering. Bei den obigen Daten liegt für beide Transformatoren der Faktor 20 vor, d.h. aus 7 V Primärspannung werden 140 V Sekundärspannung im linken Transformator; die Verhältnisse im rechten Transformator sind gerade umgekehrt. Wegen der erhöhten Spannung ist aber die Stromstärke um den selben Faktor gesunken. Da die Übertragungsleistungsverluste durch den Ausdruck P = R I² beschrieben werden, also dem Quadrat der Stromstärke direkt proportional sind, ist der Verlust (theoretisch) auf ein Vierhundertstel des Wertes gesunken, der ohne Transformatoren entstünde. Versuchsergebnis: Transformatoren ermöglichen Energietransport ohne große Leistungsverluste.

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