Induktion und Wechselstrom 1. Induktion

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7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX 3.6.2. Sperrkreis Versuch Dorn-Bader S. 84 V1 ;?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[ /0123456789: . - )*+, "#$%&' ( ! }~ | klmnopqrstuvwxyz{ j ^_àbcdefghi ] \ L 3 L L 1 C L 2 Legt man bei der Resonanzfrequenz f0 die Spannung U eff einmal nur an den Kondensator und einmal nur an die Spule, so sind die Ströme I C,eff und I L,eff erwartungsgemäß ungefähr gleich groß. Legt man dann die Spule parallel zum Kondensator, so sinkt in der Zuleitung die Stromstärke I fast auf Null. Wegen der Parallelschaltung ist jetzt beiden Elementen die Spannung U in Größe und Phase gemeinsam. Deshalb nimmt man im Zeigerbild diese Spannung als Bezugsgröße. Der Kondensatorstrom IC eilt der Spannung U um π/2 voraus, der Spulenstrom IL hinkt der Spannung U um fasst (infolge des kleinen ohmschen Widerstandes in der Spule) π/2 nach (Dorn-Bader S. 84 V1, B1). Versuch Dorn-Bader S. 84, V1 Ergebnis: Bei einer bestimmten Jochstellung leuchten die Lämpchen L2 und L3 hell, während L1 dunkel bleibt. Die beiden Ströme IL und IC bilden für sich einen geschlossenen starken Kreisstrom. Solange ein starker Strom IL fließt, sitzt die Energie im Magnetfeld der Spule. Eine kurze Zeit später wächst die Spannung am Kondensator; die Energie ist zum elektrischen Feld gewandert. Sie pendelt zwischen Kondensator und Spule hin und her. Ohne die ohmschen Widerstände in den Lampen und Leitungen würde dieser Stromkreis unaufhörlich schwingen: Schwingkreis. Da gerade bei der Resonanzfrequenz f0 der Gesamtstrom minimal wird, heißt dieser Stromkreis Sperrkreis. Baut man ihn in eine Leitung, so wird die unerwünschte Frequenz f0 eines Störsenders unterdrückt. Übungen Dorn-Bader S. 85 A1 bis A14 26
7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX 3.7. Die Leistung des Wechselstroms Versuch Wir legen eine 100 W Lampe über einen Leistungsmesser an die Wechselspannung U eff = 220 V und messen I eff = 0,45 A. Der Leistungsmesser zeigt P = 100 W = 220 V · 0,45 A, also U eff · I eff richtig an. Ergebnis: Die momentane Leistung bei rein ohmschen Wirkwiderständen beträgt P(t) = U(t) · I(t) = I(t) 2 R. Sie schwankt zwischen Null und dem maximalen Wert UI mit der doppelten Wechselstromfrequenz, da die Wärmeentwicklung nicht von der Stromrichtung abhängt. Bei rein kapazitivem oder rein induktivem Widerstand zeigt der Leistungsmesser Null an. Der Stromzähler ist für ihn „blind“. Man nennt diesen Strom deshalb Blindstrom. Er eilt der Spannung U(t) um 90 ◦ in der Phase vor bzw. hinkt um 90 ◦ in der Phase nach (bei XL). Während einer Periodendauer T ist die Momentanleistung P(t) = U(t) · I(t) zweimal positiv und zweimal negativ und gleich groß. Solange P(t) > 0 ist, wird vom E-Werk Energie geliefert. Solange P(t) < 0 ist, wird diese Energie wieder ans E-Werk zurückgegeben. Die Wirkleistung P lässt sich grundsätzlich durch den Wirkstrom I eff und die Spannung am ohmschen Widerstand UR = U eff · cos ϕ ermitteln: P = U eff I eff cos ϕ. Der Faktor cos ϕ heißt Leistungsfaktor. Aufgaben Dorn - Bader 12/13 S. 87 A1 bis A8 und S. 96 A1 - A12 3.8. Der Transformator (Trafo) 3.8.1. Der unbelastete Trafo Vgl. Dorn-Bader S. 88 Auf einem geschlossenen Eisenkern sitzen eine Primärspule mit n1 Windungen und eine Sekundärspule mit n2 Windungen. Versuch Dorn-Bader Versuch 1 S. 88 Wird an die Primärspule eine Gleichspannung von U1 = 5 V gelegt, so fließt wegen des geringen ohmschen Widerstandes ein großer Primärstrom I von z.B. 4 A. Legt man eine Wechselspannung von 5 V an, so sinkt I eff auf einen sehr kleinen Wert von z.B. 40 mA, d.h. 1%. Die Primärspule verhält sich wie ein normaler induktiver Blindwiderstand XL. Dies hat zur Folge, dass der schwache Magnetisierungsstrom von 40 mA in der Priemäbspule genügt, um in ihren n1 Windungen eine Selbstinduktionsspannung U ind zu erzeugen, welche die angelegte Spannung U1 fast kompensiert. Der hierzu nötige Induktionsfluß Φ durchsetzt den Eisenkern und somit die Sekundärspule. Hat die 27
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