Änderung des Magnetfelds = Die (oder: Strom selber herstellen ) Buch ab Seite 18

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1 Kapitel 0 Änderung des Magnetfelds = Die (oder: Strom selber herstellen ) Buch ab Seite 18 Hans C. Oersted erkannte 180, wie man in umwandeln konnte. Michael Faraday hörte 18 davon und versuchte den Umkehrschluss: Er schaffte es 1831, in umzuwandeln. Er benötigte dazu einen und eine. Kurz: + + = (Fachbegriff: Induktionsstrom ) In ducere (lat): hinein stecken Neben Induktionsstrom gibt es noch galvanischen Strom, den wir in Batterien und Akkus nutzen. Fachliche Erklärung: Ein elektrischer Strom entsteht, wenn! (Darum muss der Magnet oder die Spule stets in Bewegung sein!) Einen höheren Induktionsstrom erhält man (des Magneten oder der Spule). Anwendung: Den Effekt der Induktion nutzt man hauptsächlich bei und! Lesen: Buch, Seite 18 Übungen: Buch, Seite 19/1, Bilder zu Faradays Experimenten unter

2 Änderung des Magnetfelds = Induktion (oder: Strom selber herstellen ) Buch ab Seite 18 Hans C. Oersted erkannte 180, wie man Elektrizität in Magnetismus umwandeln konnte. Michael Faraday hörte 18 davon und versuchte den Umkehrschluss: Er schaffte es 1831, Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Er benötigte dazu einen Magneten und eine Spule. Kurz: Magnet + Spule + Bewegung = Strom (Fachbegriff: Induktionsstrom ) In ducere (lat): hinein stecken Neben Induktionsstrom gibt es noch galvanischen Strom, den wir in Batterien und Akkus nutzen. Fachliche Erklärung: Ein elektrischer Strom entsteht, wenn sich ein Magnetfeld in einer Spule ändert! (Darum muss der Magnet oder die Spule stets in Bewegung sein!) Einen höheren Induktionsstrom erhält man bei schnellerer Bewegung (des Magneten oder der Spule) mit stärkeren Magneten mit Spulen die mehr Windungen besitzen. Anwendung: Den Effekt der Induktion nutzt man bei Generatoren und Transformatoren! Lesen: Buch, Seite 18 Übungen: Buch, Seite 19/1, Bilder zu Faradays Experimenten unter

3 Der Generator (oder: Dynamo im XXL-Format) (lat. generare = erzeugen) Aufgabe: Bauteile: Der Generator ist ein Stromerzeuger. Er wandelt durch Induktion Bewegungsenergie in elektrische Energie um. Die Bauteile im Generator sind die gleichen wie im Elektromotor. Funktionsweise: Generatoren erzeugen grundsätzlich eine Wechselspannung. Theoretisch kann man jeden Elektromotor als Generator einsetzen. Spannung wird nur solange erzeugt, wie der Rotor des Generators gedreht wird. Elektrische Energie wird zugeführt Elektromotor: elektrische Energie E-Motor Bewegungsenergie Schema eines Generators: Die Spule rotiert im Magnetfeld des Hufeisenmagneten Elektrische Energie wird erzeugt Generator: Bewegungsenergie Anwendung (Wo finden wir Generatoren?): Im Kraftwerk: Durch die Kraft des Wassers wird eine Turbine bewegt, die wiederum einen Generator antreibt. Beim Fahrrad: Der Dynamo ist ein kleiner Generator. Generator Elektrische Energie Scrolle bis zum Ende der Web-Seite und arbeite das Lernspiel Polarität, Magnetismus, Induktion" und das Lernspiel Dynamo, Generator, Wärmekraftwerk" durch, um Induktion und die Funktionsweise von Generatoren noch besser zu verstehen! In Autos (auch in Schiffen und Flugzeugen). Den Generator im Auto nennt manlichtmaschine. Sie versorgt die Scheinwerfer, Scheibenwischer, Radio usw. während der Fahrt mit Strom. Außerdem lädt sie die Batterie (eigentlich Akku) auf. In Krankenhäusern, Großfirmen usw.: Bei Stromausfall überbrücken Notstromaggregate die benötigte Strommenge, bis die Netzversorgung wieder hergestellt ist. Diese werden meist mit einem Dieselmotor (im Keller) betrieben. Lesen: Buch, Seite 0 Übungen: Buch, Seite 1/3,4

4 Der Transformator ( Trafo ) (oder: Spannung und Stromstärke wie man s gerade braucht) (lat: transformare = umwandeln) Aufgabe: Transformatoren verändern (transformieren) die Spannung U (in Volt) und die Stromstärke I (in Ampere) nach oben oder nach unten. Aufbau: U 1 I 1 N 1 Eisenkern N 1 Primärspule (Erregerspule) N Sekundärspule (Induktionsspule) N U U 1 Primärspannung I U Sekundärspannung I 1 Primärstromstärke Sekundärstromstärke I Funktionsweise in Kurzform: (ausführlicher im Buch auf S. ) Im Primärstromkreis fließt Wechselstrom. Dadurch entsteht in der Primärspule ein Magnetfeld. (El. Mag.) Das Magnetfeld magnetisiert den gesamten Eisenkern. (Mag. Mag.) (Durch die Wechselspannung ändert das Magnetfeld ständig seine Polung.) Dadurch wird in der Sekundärspule Spannung induziert, (so wie wenn man einen Magneten ständig hin und her bewegt). (Mag. El.) Je nach Windungszahl kann man auf der Sekundärseite mehr oder weniger Spannung erzeugen! Wird die Spannung hinauftransformiert, dann wird die Stromstärke hinuntertransformiert und umgekehrt! Beachte: Trafos können nur mit Wechselstrom betrieben werden!!! Anwendungen: a) Sekundärseitig weniger Windungen: Hochstromtrafo: Elektrische Schweißgeräte Induktionsöfen (=elektrische Schmelzöfen) Niederspannungstrafo: Trafohäuschen der EnergieAG Ladegeräte für Handy, ferngesteuerte Autos,... Netzgeräte z.b. für PC, El. Eisenbahn, Carrera-Rennbahn, Trafos für Halogenlampen, Klingeltrafo, b) Sekundärseitig mehr Windungen Hochspannungstrafo: Bei Röntgenröhren und Leuchtstoffröhren Bei Röhrenbildschirmen (=alte Fernseher - nicht bei Flachbildschirmen!) Trafo für Hochspannungsleitungen Andere Namen für Transformatoren: Trafo, Netzteil, Spannungswandler, Schutztrenner (= NH-Trenner = Netzstrom-Hausstrom-Trenner ) Lesen: Buch, Seite Übungen: Buch, Seite 3/5,6,(7) home.arcor.de foni.net

5 Die Trafogesetze Die Spannung und auch die Stromstärke auf der Sekundärseite hängen vom Verhältnis der Windungszahlen ab. Daher kann man folgende Formeln anwenden: ( Trafogesetze ) 1) Verhältnis der Windungszahlen = Verhältnis der Spannungen N1 U 1 N U ) Verhältnis der Windungszahlen = umgekehrtes Verhältnis der Stromstärken N1 I N I 1 Rechenbeispiel: N 1 = 600 Windungen N = 00 Windungen U 1 = 30 Volt U =??? N1 U1 600 = N U 00? 30 (Lsg. Rechenbeispiel: ca. 76,66V)

6 Versuche zum Transformator 1. Funktionsprinzip des Transformators N 1 = 400Wdg U 1 = 150V~ N = 800Wdg (U = 5V) Glühbirne 30V Glühbirne 30V an N = 600Wdg anhängen und diese Spule auf eingeschalteten offenen Trafo mit N1 = 400Wdg, ca. 150V~ dranhängen. Glühbirne beginnt von alleine zu leuchten! Achtung primärseitig hohe Stromstärke max. 3 sec. eingeschaltet lassen. Ist der Betrieb von Transformatoren mit Gleichstrom möglich? N 1 =400Wdg U 1 =6V= (Gleichstrom!!) Batterie 6V N =00Wdg LED 3V Sekundärseitig LED 3V (aus Stecksystem) anhängen kurzes Aufflackern beim Ausschaltvorgang. Trafo mit Gleichstrom keine Funktion!! 3. Das erste Trafogesetz: N 1 :N =U 1 :U a) Sekundärseitig mehr Windungen N 1 = 600Wdg U 1 = 5V Spannungsmessgerät N = 100Wdg U = 50V Spannungsmessgerät sekundärseitig mehr Windungen = sekundärseitig mehr Spannung b) Sekundärseitig weniger Windungen N 1 = 100Wdg U 1 = 50V Spannungsmessgerät N = 600Wdg U = 5V Spannungsmessgerät sekundärseitig weniger Windungen = sekundärseitig weniger Spannung [ab hier Berechnungen von U!!!!] 4. Niederspannungstrafo( alter Trafo!!!) (Anwendung Modelleisenbahn, Carerra, Ladegeräte, ) N 1 = 600Wdg, U 1 = Netzspannung N = 5Wdg U = 1,9166V Lampe 3,5V 5. Hochstromtrafo( alter Trafo!!!) (Nagel (Schweißdraht) durchschmelzen Anwendung Elektroschweißen) N 1 = 600Wdg U 1 = Netzspannung I 1 = 7, A N = 5Wdg U = wie oben I = 864A Je weniger Spannung, desto mehr Stromstärke Das zweite Trafogesetz: N 1 :N =I :I 1 6. Induktionsofen (Schmelzrinne) Zinn schmelzen oder Wasser verdampfen N 1 = 600Wdg U 1 = Netzspannung I 1 = 7,5A N = 1Wdg U = 0,38V I = 4500A enorme Wärmeproduktion

7 7. Hochspannungstrafo (Hörner-Blitzableiter) N 1 = 600Wdg U 1 = Netzspannung I 1 = 3.3A Kerze! N = 4.000Wdg U = 900V I = 0,08A 8. Wirbelstrombremse N 1 = 400Wdg U 1 = 45V= Gleichstrom!! N = 400Wdg U = 45V= in Serie offener Kern, Pendel geschlossen, geschlitzt Wirbelströme: Ströme erzeugen Magnetfelder die wiederum Ströme erzeugen, die wiederum Magnetfelder erzeugen, die wiederum. Zieht man ein weißes Blatt Papier durch den Hörnerblitzableiter während ein Blitz nach oben läuft, so einstehen je nach dem wie schnell man das Blatt durchzieht, in einigen Abständen kleine Brandlöcher. Erklärung: Durch die Wechselspannung wird der Blitz einmal von der rechten Seite gezündet (Brandloch), dann geht die Spannung wieder zurück auf Null (Zwischenraum) und anschließend wird der Blitz von der linken Seite gezündet (Brandloch). 9. Thomsonscher Ringversuch N = 600Wdg U = 50V~ schwebt N = 400Wdg U = 100V~ hüpft 30cm N = 400Wdg U = 30V~ hüpft bis zur Decke Eine Spule mit langem Eisenkern wird so aufgestellt, dass die Spulenachse vertikal steht. An der Spulenoberseite legt man einen geschlossenen Aluminiumring so auf den Eisenkern, dass er diesen nicht berührt. Legt man nun kurzzeitig eine Gleichspannung an die Spule, so wird der Ring hochgeschleudert. Legt man an die Spule kurzzeitig eine Wechselspannung und kühlt den Ring vor dem Versuch z.b. mit flüssigem Stickstoff (ca C), so erreicht man deutlich größere Höhen. Verwendet man anstelle des geschlossenen Aluminiumrings einen mit einem Schlitz, so wird dieser Ring kaum angehoben. Prof. Amvimov benutzt anstelle eines Aluminiumrings eine Coladose, bei welcher der Deckel und der Boden entfernt wurden. Der Wechselstrom durch die Spule ist so eingestellt, dass die Büchse gerade schwebt. Erklärung Die Magnetfeldänderung in der Spule (z.b. beim Einschalten) bewirkt auch eine Magnetfeldänderung im Aluminiumring. Dadurch wird eine Spannung induziert, die einen Ringstrom zur Folge hat. Dieser Ringstrom fließt so, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht (Gesetz von Lenz): Besitzt die Spule an ihrer Oberseite einen Südpol, so wird der Induktionsstrom so fließen, dass auf der Unterseite des Rings ein Südpol entsteht: Abstoßung. Besitzt dagegen die Spule an der Oberseite einen Nordpol, so fließt der Strom so, dass auf der Ringunterseite auch ein Nordpol entsteht: Abstoßung. Während bei der Verwendung von Gleichspannung nur eine einmalige Magnetfeldänderung auftrat, ist dies bei der Verwendung von Wechselspannung andauernd der Fall. Somit wird der "Induktionseffekt" noch wirkungsvoller. Ist der Ring gekühlt, so hat dieser einen geringeren ohmschen Widerstand, der Ringstrom fällt größer aus und damit wird auch die abstoßende Kraft größer. Videos unter (downloaded auf Schule/PH/PH4/Änd...)