Elektromagnetismus - Transformator, Physikübungen

Aufbau und Funktionsprinzip, Energieübertragung, Berechnungen am idealen Transformator - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig) - 19 Aufgaben in 4 Levels

Hilfe
  • Hilfe speziell zu dieser Aufgabe
    Man verwendet sie, um hohe Spannungen in niedrige zu wandeln, oder andersherum.
  • Hilfe zum Thema
    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;
  • Weitere Hilfethemen

Aufgabe

Aufgabe 1 von 6 in Level 1
  • Wähle die richtige(n) Antwort(en) aus.
    • Welchen Einsatzzweck haben Transformatoren?
    Energiespeicher
    Spannungswandler
    Magnetfeldverstärker
    Energiewandler
    Energiequelle
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Stoff zum Thema (+Video)
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 \(N_1\) 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?