Elektromagnetismus - Transformator, Physikübungen

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

Hilfe
  • Verwende die Formel U1/U2 = I2/I1.
  • 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
TIPP Beispiel-Aufgabe: Zu diesem Aufgabentyp gibt es eine passende Beispiel-Aufgabe. Klicke dazu auf "Hilfe zu diesem Aufgabentyp" unterhalb der Aufgabe.

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
    .
    Notizfeld
    Notizfeld
    Tastatur
    Tastatur für Sonderzeichen
    Kein Textfeld ausgewählt! Bitte in das Textfeld klicken, in das die Zeichen eingegeben werden sollen.
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Transformator – Wie funktioniert ein Netzteil?
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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 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?