Elektromagnetismus - Transformator, Physikübungen

Aufbau und Funktionsprinzip, Energieübertragung, Berechnungen am idealen Transformator - Lehrplan - 19 Aufgaben in 4 Levels

Hilfe
  • Allgemeine Hilfe zu diesem Level
    Verwende die Formel U1/U2 = I2/I1.
  • Beispiel
    Zu diesem Aufgabentyp gibt es eine passende Beispiel-Aufgabe:
  • Hilfe zum Thema
    Energieübertragung beim idealen Transformator

    Beim idealen Transformator lässt man Energieverluste (z.B. aufgrund der Widerstände der Spulen, Wirbelströme, Streuung des Magnetfelds) völlig außer Acht. Daher stimmen die elektrischen Eingangs- und Ausgangsenergien bzw. Momentanleistungen überein:

    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(E_1=E_2\)}\)
    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Leftrightarrow~P_1=P_2\)}\)
    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Leftrightarrow~U_1\cdot I_1=U_2\cdot I_2\)}\)

    Für die Verhältnisse der Spannungen \(U\), Stromstärken \(I\) und Windungszahlen \(N\) der Primär- (1) und Sekundärseite (2) gilt daher:

    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{I_2}{I_1}\)}\)

    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{N_1}{N_2}\)}\)

    \(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{N_1}{N_2}=\dfrac{I_2}{I_1}\)}\)

  • Weitere Hilfethemen

Aufgabe

Aufgabe 1 von 4 in Level 3
  • Berechne die gesuchte Größe. Gehe von einem idealen Transformator aus. Runde das Ergebnis wenn nötig auf die geltenden Ziffern.
    • Mit einem Handgenerator erzeugt Benno eine Spannung von 
    1,0
     
    V
    . Mithilfe eines Transformators wird die Spannung auf 
    3,0
     
    V
     erhöht, um eine weiße LED mit 
    20
     
    mA
     Strom zu versorgen. Die Stromstärke auf der Primärseite ist daher
     
    A
    .
  • keine Berechtigung
Beispiel
Beispiel-Aufgabe
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Stoff zum Thema (+Video)
Transformator – Wie funktioniert ein Netzteil?
Lernvideo

Transformator – Wie funktioniert ein Netzteil?

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Transformator (Trafo)
Wandelt Wechselspannungen um.
  • Schaltzeichen:
  • Aufbau:

    Zwei Spulen sitzen auf einem gemeinsamen Eisenkern.
  • Funktionsprinzip:
    1. An der Primärspule (links) mit Windungszahl \(N_1\) liegt eine Wechselspannung \(U_1\) an.
    2. Der Wechselstrom \(I_1\) durch die Primärspule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld.
    3. Der Eisenkern "leitet" das magnetische Wechselfeld in die Sekundärspule (rechts) mit der Windungszahl \(N_2\).
    4. Dadurch wird Wechselspannung \(U_2\) an den Leiterenden der Sekundärspule induziert.
  • Unbelasteter/belasteter Transformator:
    Beim unbelasteten Transformator ist der Sekundärstromkreis nicht geschlossen, es fließt kein Strom (\(I_2=0\)). Schließt man den Sekundärstromkreis z.B. über einen Verbraucher erhält man einen belasteten Transformator.
  • Einsatzbeispiele:
    In Netzteilen von Elektrogeräten, in Umspannstationen zur Spannungsreduzierung, zur Signalverarbeitung z.B. in Mikrophonen und Verstärkern;
Energieübertragung beim idealen Transformator

Beim idealen Transformator lässt man Energieverluste (z.B. aufgrund der Widerstände der Spulen, Wirbelströme, Streuung des Magnetfelds) völlig außer Acht. Daher stimmen die elektrischen Eingangs- und Ausgangsenergien bzw. Momentanleistungen überein:

\(\colorbox{#E8EFF5}{\(E_1=E_2\)}\)
\(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Leftrightarrow~P_1=P_2\)}\)
\(\colorbox{#E8EFF5}{\(\Leftrightarrow~U_1\cdot I_1=U_2\cdot I_2\)}\)

Für die Verhältnisse der Spannungen \(U\), Stromstärken \(I\) und Windungszahlen \(N\) der Primär- (1) und Sekundärseite (2) gilt daher:

\(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{I_2}{I_1}\)}\)

\(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{N_1}{N_2}\)}\)

\(\colorbox{#E8EFF5}{\(\dfrac{N_1}{N_2}=\dfrac{I_2}{I_1}\)}\)

Beispiel 1
Ein (idealer) Transformator wird mit einer Wechselspannung von 
400
 
V
 versorgt. Seine Primärspule hat 150, die Sekundärspule 60 Windungen. Welchen (Effektiv-)Wert hat die transformierte Wechselspannung?
Beispiel 2
Im Netzteil eines Laptops wandelt ein (idealer) Transformator die Netzspannung (230 V) in die Spannung 20 V bzw. Stromstärke 3,0 A um. Wie groß muss die Stromstärke auf der Primärseite sein?
Beispiel 3
An der Sekundärseite eines Transformators ist ein Glühlämpchen angeschlossen, das mit 
6,0
 
V
 Spannung eine Leistung von 
300
 
mW
 erbringt. Die Primärseite des Transformators wird mit einer Spannung von 
230
 
V
 versorgt. Wie groß sind die Stromstärken?