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Transformator

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Der Transformator

Wenn du zu Hause elektrische Geräte betreiben möchtest, kannst du dies nur mit der Netzspannung, die an der Steckdose anliegt. Die Netzspannung liegt bei $230\,\text{V}$ und ist zum Betrieb vieler Geräte zu hoch. Zu diesem Zweck gibt es den Transformator, der die Spannung verringern kann.

Funktion

Der Transformator funktioniert nach dem Prinzip des Elektromagnetismus. Er besteht aus einem geschlossenen Eisenkern und zwei Spulen, der Primärspule und der Sekundärspule.
Abb. 1: Funktion des Transformators
Abb. 1: Funktion des Transformators
An der Primärspule liegt eine Spannung an. Durch den Stromfluss wird ein Magnetfeld indzuziert, dass sich auch auf die Sekundärspule überträgt. Die Spannung die dann an der zweiten Spule erzeugt wird, ist aber anders, da die Spulen eine unterschiedliche Windungszahl $n$ haben. Das Prinzip funktioniert nur mit Wechselspannung, da sie nötig ist um das Magnetfeld zu ändern. Diese Magnetfeldänderung ist nötig, dass ein Strom und eine Spannung induziert werden können. Es besteht der Zusammenhang:
$\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2}$
Beispiel:
Dein Laptop darf mit $17,25\, \text{V}$ geladen werden. Deine Primärspule hat $200$ Windungen $n$. Wie viele Windungen muss deine Sekundärspule haben?
Antwort: Die Netzspannung beträgt $230\,\text{V}$ somit ist $U_1 = 230\,\text{V}$. Deine Endspannung soll $17,25\,\text{V}$ betragen. Es ist also $U_2 = 17,25\text{V}$. Ebenfalls ist $n_1$ gegeben mit $n_1=200$
Durch umstellen der Formel ergibt sich:
$n_2 =\frac{n_1 \cdot U_2}{U_1}$
$\begin{array}[t]{rll} \text{n}_2&=&\frac{U_2 \cdot n_1}{U_1} &\quad \scriptsize \; \\[5pt] n_2 &=&\frac{17,25V \cdot 200}{230V} &\quad \scriptsize \; \\[5pt] n_2&=&15 \end{array}$
Die Sekundärspule muss demnach $15$ Windungen haben.

Wie kommt der Strom vom Kraftwerk zum Verbraucher?

Die elektrische Energie, die wir nutzen, wird im Kraftwerk aus anderen Energieformen gewonnen. Damit sie bei uns zu Hause ankommt, muss sie einen weiten Weg zurücklegen. Folgende Übersicht zeigt dir, wie der Strom transportiert wird.
Abb. 2: Der Strom vom Kraftwerk zum Verbraucher
Abb. 2: Der Strom vom Kraftwerk zum Verbraucher
Zunächst fließt der Strom über Hochspannungsleitungen mit Spannungen zwischen $230 - 380\, \text{kV}$. Die Spannung ist so hoch, da eine hohe Spannung eine niedrige Stromstärke mit sich bringt und somit geht wenig Energie in Form von Wärmeenergie verloren geht. Bei niedrigen Spannungen wäre der Energieverlust bei langen Strecken sehr hoch. Je nach Verbraucher werden die Spannungen durch Transformatoren verändert. Wir erhalten als Netzspannung eine Spannung von $230\,\text{V}$. Damit wenig Energie verloren geht, wird die Spannung aber erst kurz vor der Haustür auf diesen Wert gebracht. Du hast in deiner Wohnumgebung sicher schon mal graue Kästen stehen sehen mit Beschriftung: Vorsicht Hochspannung. Dies sind Transformatoren, die kurz bevor der Verbraucher erreicht wird, die Spannung noch weiter heruntersetzten.
Bildnachweise [nach oben]
[1]
© 2016 – SchulLV.
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