Elektromagnetismus - Transformator, Physik-Übungen

Aufbau und Funktionsprinzip, Energieübertragung, Berechnungen am idealen Transformator - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

Hilfe
  • Hilfe speziell zu dieser Aufgabe
    Man verwendet sie, um hohe Spannungen in niedrige zu wandeln, oder andersherum.
  • Transformator (Trafo)
    Wandelt Wechselspannungen um.
    • Schaltzeichen:
    • Aufbau:

      Zwei Spulen sitzen auf einem gemeinsamen Eisenkern.
    • Funktionsprinzip:
      1. An der Primärspule (links) mit Windungszahl N1 liegt eine Wechselspannung U1 an.
      2. Der Wechselstrom I1 durch die Primärspule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld.
      3. Der Eisenkern "leitet" das magnetische Wechselfeld in die Sekundärspule (rechts) mit der Windungszahl N2.
      4. Dadurch wird Wechselspannung U2 an den Leiterenden der Sekundärspule induziert.
    • Unbelasteter/belasteter Transformator:
      Beim unbelasteten Transformator ist der Sekundärstromkreis nicht geschlossen, es fließt kein Strom (I2 = 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;

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  • Welchen Einsatzzweck haben Transformatoren?
    Energiespeicher
    Spannungswandler
    Magnetfeldverstärker
    Energiewandler
    Energiequelle
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    Notizfeld
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Transformator – Wie funktioniert ein Netzteil?
Lernvideo

Transformator – Wie funktioniert ein Netzteil?

Kanal: Physik - simpleclub
Transformator (Trafo)
Wandelt Wechselspannungen um.
  • Schaltzeichen:
  • Aufbau:

    Zwei Spulen sitzen auf einem gemeinsamen Eisenkern.
  • Funktionsprinzip:
    1. An der Primärspule (links) mit Windungszahl N1 liegt eine Wechselspannung U1 an.
    2. Der Wechselstrom I1 durch die Primärspule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld.
    3. Der Eisenkern "leitet" das magnetische Wechselfeld in die Sekundärspule (rechts) mit der Windungszahl N2.
    4. Dadurch wird Wechselspannung U2 an den Leiterenden der Sekundärspule induziert.
  • Unbelasteter/belasteter Transformator:
    Beim unbelasteten Transformator ist der Sekundärstromkreis nicht geschlossen, es fließt kein Strom (I2 = 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:
E1 = E2
⇔P1 = P2
⇔U1 · I1 = U2 · I2
Für die Verhältnisse der Spannungen U, Stromstärken I und Windungszahlen N der Primär- (1) und Sekundärseite (2) gilt daher:
U1/U2 = I2/I1
U1/U2 = N1/N2
N1/N2 = I2/I1
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?