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Anwendungen der elektromagnetischen Induktion

Facharbeit (Schule) 2012 6 Seiten

Physik - Elektrodynamik

Leseprobe

Inhalt

1 Technische Anwendungen
1.1 Transformator
1.2 Generator
1.2.1 Veränderung des magnetischen Flusses
1.2.2 Veränderung der durchsetzten Fläche
1.3 Induktionsschleife

2 Quellenangaben
2.1 Literaturverzeichnis
2.2 Bildquellenverzeichnis

1 Technische Anwendungen

1.1 Transformator

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein Transformator (kurz Trafo) dient hauptsächlich zum hinauf- oder heruntertransformieren von Spannungen. Er wird aber auch zur sog. galvanischen Trennung verwendet. Einen Transformator kann man sich vereinfacht wie zwei nebeneinander gestellte Spulen vorstellen. Fließt ein Strom in Spule 1, baut diese ein Magnetfeld auf, welches auch teilweise Spule 2 durchsetzt. Diese Feldänderung induziert in Spule 2 eine Spannung. Durch den Eisenkern, um den die beiden Spulen gewickelt sind, wird eine größere magnetische Flussdichte erreicht, wodurch eine wesentlich höhere Windungsspannung erzielt wird. Der Eisenkern sollte hierbei eine hohe Permeabilitätszahl besitzen, da es sonst zu erheblichen Magnetisierungsverlusten kommen würde. Um die Veränderung des magnetischen Flusses zu erzielen, wird ein Transformator mit Wechselspannung betrieben. Ein Dauerbetrieb mit Gleichspannung ist nicht möglich, was Gleichung (1) verdeutlicht.

Die Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich das magnetische Feld in der Spule ändert und ist proportional zur Windungszahl von Spule 2. Das magnetische Feld ändert sich bedingt durch die zeitliche Änderung des Stromes in Spule 1.

Formal betrachtet ergibt sich:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wobei Ui2 die induzierte Spannung in Spule 2, N2 die Windungszahl von Spule 2 und Φ die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses darstellt.

Da bei einem idealen Transformator die Leistung der Ausgangsseite gleich der Eingangsseite sein muss (Energieerhaltungssatz), ergibt sich:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Durch Umformung von Gleichung (2) und durch Hinzunahme der Verhältnisse der Windungszahlen

ergibt sich:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

An Gleichung (3) ist zu erkennen, dass Spannung und Windungszahlen der Spulen direkt proportional zueinander sind. Dies wird genutzt, um mit Hilfe des Transformators Spannung hinauf oder herunter zu transformieren. Zu beachten ist hierbei allerdings, dass sich die Ströme indirekt proportional hierzu verhalten.

1.2 Generator

1.2.1 Veränderung des magnetischen Flusses

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein Generator dient zur Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie. In der Mitte der nebenstehenden Abbildung sieht man den sogenannten Rotor, der durch die Antriebsachse einer äußeren mechanischen Kraft angetrieben wird. Am Rotor sind Spulen angebracht, die mit Hilfe von Stromfluss zur Felderzeugung genutzt werden. Hier können auch Permanentmagneten verwendet werden. Durch die Pilzform der Pole des Rotors, wird das Magnetfeld m ̈glichst senkrecht auf den Spulen verteilt. Durch die Drehung des Rotors wird ein wechselndes magnetisches Feld erzeugt. Diese Änderung des magnetischen Feldes induziert eine Spannung in die umliegenden Induktionsspulen.

Dies kann man anhand des Induktionsgesetzes formal darstellen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wobei Ui2 die induzierte Spannung in den Induktionsspulen, N2 die Windungszahl der Induktionsspulen und Φ die zeitliche Änderung des magnetischen Flusses darstellt (Vergleich zu Gleichung (1)).

Je schneller sich der Rotor dreht und je länger die sich im mag. Feld befindlichen Spulenstücke sind, desto höher ist die induzierte Spannung. Durch diesen Aufbau wird eine sinusförmige Wechselspannung in den Spulen induziert. Durch die Anzahl der Polpaare des Rotors und der Drehzahl der Achse wird die Frequenz der Spannung bestimmt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.2.2 Veränderung der durchsetzten Fläche

Anstatt einer Veränderung des magnetischen Flusses, kann man auch die Fläche, die senkrecht von den magnetischen Feldlinien durchsetzt wird, verändern.

Hierfür wird als Beispiel eine Leiterschleife herangezogen, die in einem statischen magnetischen Feld eines Permanentmagneten mit konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht wird.

[...]

Details

Seiten
6
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656340546
Dateigröße
1 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v206279
Note
1,0
Schlagworte
Elektromagnetische Induktion Physik Induktion Fachreferat Transformator Generator Induktionsschleife

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Titel: Anwendungen der elektromagnetischen Induktion