Elektromagnetismus - Transformator, Physikübungen

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

Hilfe
  • Hilfe speziell zu diesem Zwischenschritt
    Verwende die Formel U = R · I.
  • Allgemeine Hilfe zu diesem Level
    Verwende auch die Formel für die elektrische (Momentan-)Leistung: P = U · I und die Definition des elektrischen Widerstands R = U/I.
  • 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 5 in Level 4
  • Berechne. Gehe von einem idealen Transformator aus.
  • Zwischenschritte aktiviert
    • Ein Transformator setzt die Spannung von 
    400
     
    V
     auf 
    12,0
     
    V
     herab. Im Sekundärstromkreis ist ein ohmscher Widerstand mit 
    1,50
     
    Ω
     eingebaut. Berechne die Stromstärke auf der Primärseite des Transformators.
    I
    1
    =
     ▉ 
     
    A
    Schritt 1 von 2
    I
    2
    =
     
    A
  • keine Berechtigung
Beispiel
Beispiel-Aufgabe
Hilfe
Hilfe
Notizfeld
Notizfeld
Tastatur
Tastatur für Sonderzeichen
Kein Textfeld ausgewählt! Bitte in das Textfeld klicken, in das die Zeichen eingegeben werden sollen.
Wenn du ein Benutzerkonto hast, logge dich bitte zuvor ein.
Lösung
Achtung
Du hast noch keinen eigenen Lösungsversuch gestartet. Sobald du auf »Lösung anzeigen« klickst, gilt der Zwischenschritt als nicht gelöst und die Bewertung deiner Leistung für diese Aufgabe verschlechtert sich. Tipp: Schau dir vor dem Anzeigen der Lösung die Beispiel-Aufgabe zu diesem Aufgabentyp an.
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?