Induktion (HTML)
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<!--Mathjax--><script type="text/javascript" asyncsrc="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML"></script><!--Inhaltsverzeichnis--><script>window.onload = function () { var toc = ""; var level = 0;
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//Inhaltsverzeichnis wird geschrieben document.getElementById("toc").innerHTML += toc;};</script><div id="toc"> <h3>Table of Contents</h3> </div> <hr/><div id="contents">
<!--HTML-Start--><h3>Auswirkungen der Lorentzkraft bei einer Leiterschaukel in einem Magnetfeld</h3><ul><li><strong>Strom wird an die Leiterschaukel angelegt.</strong><br>Wird durch eine Leiterschaukel in einem Magnetfeld Strom geleitet, <strong>bewegt sich die Leiterschaukel</strong>, weil auf die Elektronen des elektrischen Stroms die Lorentzkaft wirkt (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/lorentzforce_de.htm">Animation von Walter Fendt</a>).</li><li><strong>Die Leiterschaukel wird bewegt.</strong><br>Wird eine Leiterschaukel in einem Magnetfeld bewegt, werden durch die Lorentzkraft die Elektronen innerhalb des Leiters bewegt und es wird eine <strong>Spannung induziert</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/zusammenhang-von-induktion-und-lorentz-kraft#:~:text=Bewegter%20gerader%20Leiter%20im%20Magnetfeld">Animation</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/induktion-der-leiterschaukel#:~:text=Durchf%C3%BChrung%20im%20Video">Film und Foto</a>).</li><li><strong>Induktion einer Spannung in einer ruhenden Leiterschaukel</strong><br>Eine Spannung kann auch dann induziert werden, wenn die Leiterschaukel ruht und das <strong>Magnetfeld bewegt</strong> wird (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/induktion-der-leiterschaukel">Versuch bei Leifi</a>).</li></ul><h3>Induktionsgesetz</h3><p>Das Induktionsgesetz gibt an, unter welchen Bedingungen in einer Leiterschleife bzw. Spule Spannung induziert (erzeugt) wird.</p><ul><li>Bewegt man anstatt eines geraden Leiters eine Leiterschleife in einem Magnetfeld, wird nur dann Spannung induziert, wenn die Leiterschleife nicht vollständig von dem Magnetfeld durchsetzt wird, da ansonsten sich die Teilspannungen an den Teilstücken gegenseitig aufheben.</li><li>Die <strong>Bewegung der Leiterschleife in ein sich nicht änderndes Magnet hinein bzw. heraus</strong> führt zu einer Änderung der Anzahl der Feldlinien durch die Fläche der Leiterschleife.(<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/zusammenhang-von-induktion-und-lorentz-kraft#:~:text=Induktion%20an%20einem%20bewegten%20Leiterrahmen">Animation bei Leifi</a>, <a href="https://www.geogebra.org/calculator/ygfrgafe">Animation mit Geogebra</a>)</li><li>Da es egal ist, ob die Leiterschleife oder das Magnetfeld bewegt wird, ändert sich die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche einer Leiterschleife auch, wenn die <strong>Leiterschleife ruht und sich die Stärke des Magnetfeldes durch die Leiterschleife ändert.</strong></li><li>Zusammenfassung der Bedingungen für eine induzierte Spannung im <strong>Induktionsgesetz</strong>:<ul><li>In einer Leiterschleife wird Spannung bzw. Strom induziert, wenn sich die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche der Leiterschleife ändert.</li><li>Die induzierte Spannung ist umso größer, je stärker die Änderung der Anzahl der Feldlinien pro Zeiteinheit ist.</li><li>Handelt es sich nicht nur um eine Leiterschleife, sondern um eine Spule mit mehreren Leiterschleifen (Windungen) ist die induziere Spannung umso größer.</li></ul></li></ul><h3>Generator als Anwendung für Induktion bei veränderlicher Fläche</h3><ul><li><a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/generator_de.htm"><strong>Animation eines Generators bei Walter Fendt</strong></a><br>An den Enden einer in einem Magnetfeld gedrehten Leiterschleife wird eine sinusförmige Wechselspannung induziert.<ul><li><strong>Erklärung mit der Lorentzkraft</strong><br><ul><li>Die die Generator antreibende Kraft wirkt immer tangential zur Bewegung, weshalb die Lorentzkraft im Draht der Leiterschleife maximal ist, wenn die Schleifenebene parallel zu den Feldlinien ist und damit die tangentiale antreibende Kraft senkrecht zu den Magnetfeldlinien, und minimal, wenn die Schleifenebene senkrecht zu den Feldlinien ist. (<a href="https://www.geogebra.org/calculator/bk2uezha">Animation eines Generators mit Geogebra</a>)</li></ul><ul><li>Je nach Stellung der Leiterschleife wird die maximale Spannung vom Messgerät jeweils nach einer 180° Drehung positiv oder negativ bezüglich der Anschlüsse des Messgeräts angezeigt.</li></ul></li><li><strong>Erklärung mit Änderung der Fläche</strong><ul><li>Durch die Drehung der Leiterschleife ändert sich die Fläche, die das konstante Magnetfeld senkrecht durchsetzt und damit die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche laufend.</li><li>Die Änderung der Anzahl der Feldlinien ist in dem Bereich am stärksten, wenn die Leiterschleifen-Ebene parallel zu den Magnetfeldlinien ist, und am geringsten, wenn sie senkrecht zu der Richtung der Feldlinien steht.</li></ul></li></ul></li><li><strong>Fahrraddynamo als Generator</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/video-zu-induktion-und-dynamo">Erklärvideo bei Leifi</a>)</li><li>Wird bei einem Generator der Abgriff der Spannung durch einen Kommutator ersetzt, wird der Wechselspannungsgenerator zu einem <strong>Gleichspannungsgenerator</strong>.</li><li><div><p>Unser<strong> Haushaltsstromnetz</strong> arbeitet mit einer <strong>Maximalspannung</strong> von 325V und einer <strong>Fre</strong><strong>quenz</strong> von 50Hz. Der Betrag der Spannung ändert sich ständig von 0V bis 325V. Die elektrische Leistung ist dabei dieselbe wie bei einer Gleichspannungsquelle mit 230V. Daher kommt die Angabe „230V ~ 50Hz“.</p></div></li></ul><h3>Transformator als Anwendung der Induktion bei veränderlichem Magnetfeld</h3><h4>Animationen und Versuche</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/auftreten-von-induktion">Animation zur Induktion durch Veränderung des Magnetfeldes</a><br>Bewegt sich eine Stabmagnet auf das Innere einer Spule zu oder entfernt sich,<ul><li> ändert sich durch den Stabmagneten das Magnetfeld im Inneren der Spule und</li></ul><ul><li>an deren Ende wird eine Spannung induziert. </li></ul></li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/von-der-induktion-zum-transformator">Versuche zum Transformator</a><br>Die Änderung des Magnetfeldes im Inneren einer Spule kann auch durch<ul><li>das Ein- und Ausschalten oder</li></ul><ul><li>die Veränderung der Stromstärke eines Elektromagneten bewirkt werden.</li></ul></li></ul><h4>Spannungs- und Stromübersetzung bei einem Transformator</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/downloads/idealer-transformator-simulation">Simulation der Spannungs- oder Stromübersetzung bei einem Transformator</a><ul><li>Ein Transformator besteht aus einer Primär- und Sekundär-Spule.</li><li>Die Anzahl der Windungen der Sekundär-Spule bestimmt die induzierte Spannung.</li><li>Wird an die Sekundär-Spule ein Stromkreis geschlossen, gilt die Energieerhaltung, wenn der Strom im Sekundärkreis nicht allzu groß ist (Wärmeverluste) und damit ist die Leistung im Primärkreis gleich der Leistung im Sekundärkreis.<br>\(P_p=P_s\)</li></ul></li><li><strong>Versuche</strong> zur Spannungs- und Stromübersetzung<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/spannungstransformation">Spannungsübersetzung</a></li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/stromtransformation">Stromübersetzung</a></li></ul></li><li><strong>Gleichungen</strong> zur Spannungs- und Stromübersetzung bei einem Transformator<ul><li>\(\dfrac{U_s}{U_p}=\dfrac{N_s}{N_p}\) (Induktionsgesetz)</li><li>Elektrische Energie: \(E_{el}=U\cdot I\cdot t\)<br></li><li>aus der Energieerhaltung folgt (Division durch t auf beiden Seiten):<br>\(U_p\cdot I_p=U_s\cdot I_s\Rightarrow\dfrac{U_s}{U_p}=\dfrac{I_p}{I_s}\)<br></li><li>mit der Gleichung für die Spannung folgt für den Strom:<br>\(\dfrac{I_s}{I_p}=\dfrac{N_p}{N_s}\)<br>(Damit Strom fließt muss der Sekundärkreis über einen Widerstand geschlossen sein.)</li><li>Rechenaufgaben mit Geogebra<ul><li><a href="https://www.geogebra.org/calculator/ecezbvpu">Spannung</a></li><li><a href="https://www.geogebra.org/m/cnfmwdhn">Strom</a></li></ul></li></ul></li></ul><h4>Beispiele für die Stromübersetzung</h4><h5>Ladegerät eines Handys als alltägliche Anwendung eines Transformators</h5><p>Sendung mit der Maus (<a href="https://youtu.be/2SLRxxmhW-Y">ganze Sendung</a>. Stelle im Film: <a href="https://youtu.be/2SLRxxmhW-Y?t=54">Trafo im Ladegerät</a>)<br></p><h5>Glühender Nagel</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=PN032jH5WhI"><strong>Film</strong></a></li><li><strong>Nagel direkt an der Haushaltssteckdose (Lebensgefahr!)</strong><br>Verbindet man einen Nagel mit dem Haushaltsstromnetz mit 230V würden bei einem angenommenen Widerstand von 0,5\(\Omega\) fast 500A fließen und der Nagel würde Schmelzen, wenn nicht die Sicherung (16A) des Stromnetzes ansprechen würde. (<a href="https://www.geogebra.org/calculator/yac3ng72">Geogebra</a> mit PC erstellt, <a href="https://www.geogebra.org/calculator/rf9v8dpa">Geogebra</a> mit <a href="https://lernplattform.mebis.bycs.de/course/view.php?id=1369085&section=19">Ipad</a> erstellt, <a href="http://diagrams.net/">Zeichenprogramm</a>)</li><li><strong>Nagel an Trafo (induktives Schweißen)</strong><br>Durch einen Trafo ist es möglich den Nagel am Haushaltsstromnetz zum Schmelzen zu bringen, indem primärseitig der Strom herunter transformiert wird. (<a href="https://www.geogebra.org/calculator/kksn4j7p">Geogebra</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/aufgabe/heisser-nagel">Aufgabe Leifi</a>, <a href="https://www.geogebra.org/m/tfqsyzbg">Bild</a>)</li></ul><h5>Schmelzofen</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=LM9EQwvsijg"><strong>Film</strong></a></li><li>Metall wird in einer ringförmigen Wanne geschmolzen, die Sekundärspule mit einer Windung eines Trafos ist.</li></ul><h5>Induktionsherd</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=34J8ugFezBY"><strong>Film</strong></a><br>Erwärmung durch<br><ul><li>Wechsel der magnetische Ausrichtung der Atome aufgrund eines hochfrequenten Wechselfeldes (ca. 30% Anteil an der Erwärmung)</li><li>Transformation hoher Ströme im Topfboden.</li></ul></li></ul><h4>Beispiele für die Spannungs-Übersetzung</h4><h5>Hörnertrafo - Lichtbogen</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=aHPkSOhikIE"><strong>Film</strong></a><br>Simulation eines Blitzes, indem Luft durch Hochspannung leitend wird.</li></ul><h5>Hochspannungsleitung</h5><ul><li><strong>Strom wird runtertransformiert</strong><ul><li>Da Strom bei hohem Widerstand unnötig Wärme erzeugt, wird er bei der Übertragung auf langen Strecken herunter und dafür die Spannung herauftransformiert, was bei dem in einem Generator (z.B. Windrad) entstandenen Wechselstrom leicht möglich ist.</li></ul><ul><li>Schaltskizzen<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/energieuebertragung-durch-hochspannung#:~:text=Einsatz%20von%20Hochspannung%20ist%20gewinnbringend">Schaltskizze einer Hochspanungsleitung</a> (Leifi)</li><li><a href="https://www.geogebra.org/m/tv26vkqd">Bild in PNG-Format</a></li></ul></li></ul></li><li><strong>Neue Technik: Übertragung durch Gleichstrom</strong><br>Da es ist inzwischen gelungen ist, auch bei hohen Spannungen Wechselstrom in Gleichstrom gleichzurichten, wird bei den neuen unterirdischen Stromtrassen von Nord- und Ostsee in den Süden (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=gk8d-K_39uo"><strong>SuedLink</strong></a>) von Deutschland der Strom zur Übertragung durch Hochspannung erst runtertransformiert und dann in Gleichstrom gleichgerichtet, weil dies weitere Vorteile für die Übertragung bringt (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=GGZy0CfA82M">Erdkabel</a>). Am Bestimmungsort wird er dann wieder in Wechselspannung verwandelt und die Spannung runter und der Strom hoch transformiert.</li></ul><h3>Weitere Anwendung von Induktion</h3><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=7GA4-y2V-SM&t=9s"><strong>Wirbelstrombremse</strong></a><br>Die Magnetfelder der Wirbelströme sind aus energetischen Gründen den erzeugenden Magnetfeldern entgegen gerichtet.</li><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=L9-GqYLeqWc"><strong>Induktionsschleifen</strong></a><br>Änderung des Magnetfeldes einer Leiterschleife (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/grundwissen/magnetische-wirkung-des-elektrischen-stroms#:~:text=Modellvorstellung%20zur%20Verst%C3%A4rkung%20der%20magnetischen%20Wirkung">Eisenkern einer Spule</a>) aufgrund des Eisenanteils eines Autos</li><li><strong>Begrenzung beim Mähroboter<br></strong>In einer stromdurchflossene Spule im Mähroboter wird durch das Magnetfeld des stromdurchflossenen Drahts (<a href="https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/images/84ff17af77697e1782e34ff0d4a2fc89/992Magnetfeld_eines_geraden_Leiters_Rechte-Faust-Regel2.svg">Leifi</a>) das Magnetfeld erhöht.<br><br></li></ul><!--HTML-Ende-->
</div>
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<!--HTML-Start--><h3>Auswirkungen der Lorentzkraft bei einer Leiterschaukel in einem Magnetfeld</h3><ul><li><strong>Strom wird an die Leiterschaukel angelegt.</strong><br>Wird durch eine Leiterschaukel in einem Magnetfeld Strom geleitet, <strong>bewegt sich die Leiterschaukel</strong>, weil auf die Elektronen des elektrischen Stroms die Lorentzkaft wirkt (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/lorentzforce_de.htm">Animation von Walter Fendt</a>).</li><li><strong>Die Leiterschaukel wird bewegt.</strong><br>Wird eine Leiterschaukel in einem Magnetfeld bewegt, werden durch die Lorentzkraft die Elektronen innerhalb des Leiters bewegt und es wird eine <strong>Spannung induziert</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/zusammenhang-von-induktion-und-lorentz-kraft#:~:text=Bewegter%20gerader%20Leiter%20im%20Magnetfeld">Animation</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/induktion-der-leiterschaukel#:~:text=Durchf%C3%BChrung%20im%20Video">Film und Foto</a>).</li><li><strong>Induktion einer Spannung in einer ruhenden Leiterschaukel</strong><br>Eine Spannung kann auch dann induziert werden, wenn die Leiterschaukel ruht und das <strong>Magnetfeld bewegt</strong> wird (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/induktion-der-leiterschaukel">Versuch bei Leifi</a>).</li></ul><h3>Induktionsgesetz</h3><p>Das Induktionsgesetz gibt an, unter welchen Bedingungen in einer Leiterschleife bzw. Spule Spannung induziert (erzeugt) wird.</p><ul><li>Bewegt man anstatt eines geraden Leiters eine Leiterschleife in einem Magnetfeld, wird nur dann Spannung induziert, wenn die Leiterschleife nicht vollständig von dem Magnetfeld durchsetzt wird, da ansonsten sich die Teilspannungen an den Teilstücken gegenseitig aufheben.</li><li>Die <strong>Bewegung der Leiterschleife in ein sich nicht änderndes Magnet hinein bzw. heraus</strong> führt zu einer Änderung der Anzahl der Feldlinien durch die Fläche der Leiterschleife.(<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/zusammenhang-von-induktion-und-lorentz-kraft#:~:text=Induktion%20an%20einem%20bewegten%20Leiterrahmen">Animation bei Leifi</a>, <a href="https://www.geogebra.org/calculator/ygfrgafe">Animation mit Geogebra</a>)</li><li>Da es egal ist, ob die Leiterschleife oder das Magnetfeld bewegt wird, ändert sich die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche einer Leiterschleife auch, wenn die <strong>Leiterschleife ruht und sich die Stärke des Magnetfeldes durch die Leiterschleife ändert.</strong></li><li>Zusammenfassung der Bedingungen für eine induzierte Spannung im <strong>Induktionsgesetz</strong>:<ul><li>In einer Leiterschleife wird Spannung bzw. Strom induziert, wenn sich die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche der Leiterschleife ändert.</li><li>Die induzierte Spannung ist umso größer, je stärker die Änderung der Anzahl der Feldlinien pro Zeiteinheit ist.</li><li>Handelt es sich nicht nur um eine Leiterschleife, sondern um eine Spule mit mehreren Leiterschleifen (Windungen) ist die induziere Spannung umso größer.</li></ul></li></ul><h3>Generator als Anwendung für Induktion bei veränderlicher Fläche</h3><ul><li><a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/generator_de.htm"><strong>Animation eines Generators bei Walter Fendt</strong></a><br>An den Enden einer in einem Magnetfeld gedrehten Leiterschleife wird eine sinusförmige Wechselspannung induziert.<ul><li><strong>Erklärung mit der Lorentzkraft</strong><br><ul><li>Die die Generator antreibende Kraft wirkt immer tangential zur Bewegung, weshalb die Lorentzkraft im Draht der Leiterschleife maximal ist, wenn die Schleifenebene parallel zu den Feldlinien ist und damit die tangentiale antreibende Kraft senkrecht zu den Magnetfeldlinien, und minimal, wenn die Schleifenebene senkrecht zu den Feldlinien ist. (<a href="https://www.geogebra.org/calculator/bk2uezha">Animation eines Generators mit Geogebra</a>)</li></ul><ul><li>Je nach Stellung der Leiterschleife wird die maximale Spannung vom Messgerät jeweils nach einer 180° Drehung positiv oder negativ bezüglich der Anschlüsse des Messgeräts angezeigt.</li></ul></li><li><strong>Erklärung mit Änderung der Fläche</strong><ul><li>Durch die Drehung der Leiterschleife ändert sich die Fläche, die das konstante Magnetfeld senkrecht durchsetzt und damit die Anzahl der Feldlinien durch die Fläche laufend.</li><li>Die Änderung der Anzahl der Feldlinien ist in dem Bereich am stärksten, wenn die Leiterschleifen-Ebene parallel zu den Magnetfeldlinien ist, und am geringsten, wenn sie senkrecht zu der Richtung der Feldlinien steht.</li></ul></li></ul></li><li><strong>Fahrraddynamo als Generator</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/video-zu-induktion-und-dynamo">Erklärvideo bei Leifi</a>)</li><li>Wird bei einem Generator der Abgriff der Spannung durch einen Kommutator ersetzt, wird der Wechselspannungsgenerator zu einem <strong>Gleichspannungsgenerator</strong>.</li><li><div><p>Unser<strong> Haushaltsstromnetz</strong> arbeitet mit einer <strong>Maximalspannung</strong> von 325V und einer <strong>Fre</strong><strong>quenz</strong> von 50Hz. Der Betrag der Spannung ändert sich ständig von 0V bis 325V. Die elektrische Leistung ist dabei dieselbe wie bei einer Gleichspannungsquelle mit 230V. Daher kommt die Angabe „230V ~ 50Hz“.</p></div></li></ul><h3>Transformator als Anwendung der Induktion bei veränderlichem Magnetfeld</h3><h4>Animationen und Versuche</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/auftreten-von-induktion">Animation zur Induktion durch Veränderung des Magnetfeldes</a><br>Bewegt sich eine Stabmagnet auf das Innere einer Spule zu oder entfernt sich,<ul><li> ändert sich durch den Stabmagneten das Magnetfeld im Inneren der Spule und</li></ul><ul><li>an deren Ende wird eine Spannung induziert. </li></ul></li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/von-der-induktion-zum-transformator">Versuche zum Transformator</a><br>Die Änderung des Magnetfeldes im Inneren einer Spule kann auch durch<ul><li>das Ein- und Ausschalten oder</li></ul><ul><li>die Veränderung der Stromstärke eines Elektromagneten bewirkt werden.</li></ul></li></ul><h4>Spannungs- und Stromübersetzung bei einem Transformator</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/downloads/idealer-transformator-simulation">Simulation der Spannungs- oder Stromübersetzung bei einem Transformator</a><ul><li>Ein Transformator besteht aus einer Primär- und Sekundär-Spule.</li><li>Die Anzahl der Windungen der Sekundär-Spule bestimmt die induzierte Spannung.</li><li>Wird an die Sekundär-Spule ein Stromkreis geschlossen, gilt die Energieerhaltung, wenn der Strom im Sekundärkreis nicht allzu groß ist (Wärmeverluste) und damit ist die Leistung im Primärkreis gleich der Leistung im Sekundärkreis.<br>\(P_p=P_s\)</li></ul></li><li><strong>Versuche</strong> zur Spannungs- und Stromübersetzung<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/spannungstransformation">Spannungsübersetzung</a></li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/versuche/stromtransformation">Stromübersetzung</a></li></ul></li><li><strong>Gleichungen</strong> zur Spannungs- und Stromübersetzung bei einem Transformator<ul><li>\(\dfrac{U_s}{U_p}=\dfrac{N_s}{N_p}\) (Induktionsgesetz)</li><li>Elektrische Energie: \(E_{el}=U\cdot I\cdot t\)<br></li><li>aus der Energieerhaltung folgt (Division durch t auf beiden Seiten):<br>\(U_p\cdot I_p=U_s\cdot I_s\Rightarrow\dfrac{U_s}{U_p}=\dfrac{I_p}{I_s}\)<br></li><li>mit der Gleichung für die Spannung folgt für den Strom:<br>\(\dfrac{I_s}{I_p}=\dfrac{N_p}{N_s}\)<br>(Damit Strom fließt muss der Sekundärkreis über einen Widerstand geschlossen sein.)</li><li>Rechenaufgaben mit Geogebra<ul><li><a href="https://www.geogebra.org/calculator/ecezbvpu">Spannung</a></li><li><a href="https://www.geogebra.org/m/cnfmwdhn">Strom</a></li></ul></li></ul></li></ul><h4>Beispiele für die Stromübersetzung</h4><h5>Ladegerät eines Handys als alltägliche Anwendung eines Transformators</h5><p>Sendung mit der Maus (<a href="https://youtu.be/2SLRxxmhW-Y">ganze Sendung</a>. Stelle im Film: <a href="https://youtu.be/2SLRxxmhW-Y?t=54">Trafo im Ladegerät</a>)<br></p><h5>Glühender Nagel</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=PN032jH5WhI"><strong>Film</strong></a></li><li><strong>Nagel direkt an der Haushaltssteckdose (Lebensgefahr!)</strong><br>Verbindet man einen Nagel mit dem Haushaltsstromnetz mit 230V würden bei einem angenommenen Widerstand von 0,5\(\Omega\) fast 500A fließen und der Nagel würde Schmelzen, wenn nicht die Sicherung (16A) des Stromnetzes ansprechen würde. 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(<a href="https://www.geogebra.org/calculator/kksn4j7p">Geogebra</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/aufgabe/heisser-nagel">Aufgabe Leifi</a>, <a href="https://www.geogebra.org/m/tfqsyzbg">Bild</a>)</li></ul><h5>Schmelzofen</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=LM9EQwvsijg"><strong>Film</strong></a></li><li>Metall wird in einer ringförmigen Wanne geschmolzen, die Sekundärspule mit einer Windung eines Trafos ist.</li></ul><h5>Induktionsherd</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=34J8ugFezBY"><strong>Film</strong></a><br>Erwärmung durch<br><ul><li>Wechsel der magnetische Ausrichtung der Atome aufgrund eines hochfrequenten Wechselfeldes (ca. 30% Anteil an der Erwärmung)</li><li>Transformation hoher Ströme im Topfboden.</li></ul></li></ul><h4>Beispiele für die Spannungs-Übersetzung</h4><h5>Hörnertrafo - Lichtbogen</h5><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=aHPkSOhikIE"><strong>Film</strong></a><br>Simulation eines Blitzes, indem Luft durch Hochspannung leitend wird.</li></ul><h5>Hochspannungsleitung</h5><ul><li><strong>Strom wird runtertransformiert</strong><ul><li>Da Strom bei hohem Widerstand unnötig Wärme erzeugt, wird er bei der Übertragung auf langen Strecken herunter und dafür die Spannung herauftransformiert, was bei dem in einem Generator (z.B. Windrad) entstandenen Wechselstrom leicht möglich ist.</li></ul><ul><li>Schaltskizzen<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/induktion-und-transformator/grundwissen/energieuebertragung-durch-hochspannung#:~:text=Einsatz%20von%20Hochspannung%20ist%20gewinnbringend">Schaltskizze einer Hochspanungsleitung</a> (Leifi)</li><li><a href="https://www.geogebra.org/m/tv26vkqd">Bild in PNG-Format</a></li></ul></li></ul></li><li><strong>Neue Technik: Übertragung durch Gleichstrom</strong><br>Da es ist inzwischen gelungen ist, auch bei hohen Spannungen Wechselstrom in Gleichstrom gleichzurichten, wird bei den neuen unterirdischen Stromtrassen von Nord- und Ostsee in den Süden (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=gk8d-K_39uo"><strong>SuedLink</strong></a>) von Deutschland der Strom zur Übertragung durch Hochspannung erst runtertransformiert und dann in Gleichstrom gleichgerichtet, weil dies weitere Vorteile für die Übertragung bringt (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=GGZy0CfA82M">Erdkabel</a>). Am Bestimmungsort wird er dann wieder in Wechselspannung verwandelt und die Spannung runter und der Strom hoch transformiert.</li></ul><h3>Weitere Anwendung von Induktion</h3><ul><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=7GA4-y2V-SM&t=9s"><strong>Wirbelstrombremse</strong></a><br>Die Magnetfelder der Wirbelströme sind aus energetischen Gründen den erzeugenden Magnetfeldern entgegen gerichtet.</li><li><a href="https://www.youtube.com/watch?v=L9-GqYLeqWc"><strong>Induktionsschleifen</strong></a><br>Änderung des Magnetfeldes einer Leiterschleife (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/grundwissen/magnetische-wirkung-des-elektrischen-stroms#:~:text=Modellvorstellung%20zur%20Verst%C3%A4rkung%20der%20magnetischen%20Wirkung">Eisenkern einer Spule</a>) aufgrund des Eisenanteils eines Autos</li><li><strong>Begrenzung beim Mähroboter<br></strong>In einer stromdurchflossene Spule im Mähroboter wird durch das Magnetfeld des stromdurchflossenen Drahts (<a href="https://www.leifiphysik.de/sites/default/files/images/84ff17af77697e1782e34ff0d4a2fc89/992Magnetfeld_eines_geraden_Leiters_Rechte-Faust-Regel2.svg">Leifi</a>) das Magnetfeld erhöht.<br><br></li></ul><!--HTML-Ende-->
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