Generator und Transformator Physik?
Hey, ich schreibe morgen Physik Schulaufgabe und soll erklären können was ist Generator ist, wie er funktioniert, woraus er besteht und was er macht.
Beim Transformator muss ich wissen wie er aussieht, was für Schaltsymbole er hat und wie ich die Primär und Sekundär Spannung ausrechne.
Kann mir bitte jemand helfen? Ich blick da nicht durch
2 Antworten
Hallo Lina,
ich mag da gerne auf einschlägige Artikel z.B. bei Wikipedia verweisen, auf denen es auch Bilder und Formeln gibt. Daher nur ganz grob an dieser Stelle.
Beide Geräte basieren auf magnetischen Feldern und Induktion von Spannung.
Beim Generator haben wir ein sich drehendes Element (Rotor) und ein statisches Element (Stator). Im Beispiel eines permanent erregten Generators besteht der Rotor aus Permanentmagneten. Die bewegen sich an den Spulen im magnetisch gut permeablen Metall des Stators vorbei - und induzieren dort eine Spannung, die in der Regel direkt Drehzahlabhängig ist.
Somit wandelt sich mechanische Energie in elektrische Energie um.
Es gibt verschiedene Arten von Generatoren - auch solche, bei denen der Rotor über einen Kommutator mit Strom erregt wird.
Beim Transformator haben wir jetzt zwei Spulen, die wieder auf magnetisch gut permeablem Metall gewickelt sind. Jetzt ist es ein Strom durch die Primärspule, der in der Sekundärspule die Spannung induziert.
Somit wandelt sich elektrische Energie in elektrische Energie um.
Betrachtet man das Verhältnis der Windungszahlen von Primär- und Sekundärspule, gibt es das Übersetzungsverhälnis (np/ns) für die Primärspannung (die den Strom treibt) und Sekundarspannung an (np/ns) = (Up/Us). Für den Strom gilt die umgekehrte Proportion (die Leistung bleibt bis auch kleine technische Verluste erhalten). Es lassen sich dann auch nach dem Ohmschen Gesetz Widerstände transformieren.
Es gibt Transformatoren, da sind beide Spulen übereinander auf dem Joch (dem Metall) gewickelt. Es gibt auch welche, bei denen die Spulen auf verschiedene Seiten des Joches gewickelt sind. Tranformatoren können auch drei oder mehrere Spulen haben - und so Spannungen ineinander koppeln (besonders, wenn es in der Elektronik nur um Signalspannungen geht).
Ein Transformator funktioniert nur mit Wechselströmen und Spannungen. Je nach Bauart eines Generators Wechsel und auch gewellte Gleichspannung.
Ich hoffe, das war ein kleiner Abriss - und ich wünsche Dir viel Erfolg in der Arbeit.
Mit vielen lieben Grüßen
EarthCitizen
Hallo Lina,
ich hoffe, alles ging gut und soweit in Ordnung.
Viele liebe Grüße
EarthCitizen
Hallo Lina,
was hast du denn bisher herausfinden können? Wo hast du nachgelesen und die Erklärung nicht verstehen können?
Ich habe im Internet einfach ein paar Seiten durchstöbert, doch dort sind die Erklärungen so lang. Diese kann ich schlecht in die Schulaufgabe schreiben
Klar, du kannst solche lange Erklärungen nicht eins zu eins übernehmen. Du solltest sie lesen, verstehen und aufs Nötigste reduzieren. Wie wäre es, wenn du eine kurze Erklärung schreibst (nur 2-3 Sätze), wie du die Funktion eines Generators verstehst, so wie du sie in einer Prüfung schreiben würdest? Einfach hier als Kommentar!
Danke aber ich weiß nicht mal wie ich diese Erklärung zusammenfassen soll
Wahrscheinlich hast du die langen Erklärungen nicht so richtig verstehen können, oder? Zeige doch bitte mal so eine Erklärung, die du gefunden hast und schreibe, welche Stellen dir nicht klar sind!
Im Großen und ganzen versteh ich die Erklärung ja aber wie fasst ich die jetzt kürzer zusammen?
Hier geht es jetzt darum wie ein Generator funktioniert.
Unter dem Generatorprinzip (auch Induktion der Bewegung genannt) versteht man die Spannungserzeugung durch einen Leiter, welcher durch ein Magnetfeld bewegt wird.
Wird ein Leiter (z.B.ein Kupferdraht, eine Kupferspule) durch ein Magnetfeld geführt, so bewegen sich mit ihm auch seine freien Elektronen. Durch diese Bewegung entsteht auf der einen Seite ein Elektronenmangel und auf der anderen Seite ein Elektronenüberschuss. Daraus resultiert eine Spannung zwischen den beiden Leiterenden.
Kurz: Magnetfeld und Bewegung eines Leiters erzeugen eine Spannung.
Die Höhe der im Leiter induzieren (durch die Bewegung durch das Magnetfeld erzeugten) Spannung hängt von der Geschwindigkeit der Bewegung ab.
Kurz: Je schneller der Leiter durch das Magnetfeld bewegt wird umso höher die erzeugte Spannung.
Soviel zur groben Theorie, ich will nicht genauer werden, da es sonst für einen nicht in Elektrotechnik versierten Menschen schnell zu kompliziert wird. (Bitte nicht falsch verstehen :])
In der Praxis sieht es dann wie folgt aus:
Du musst dir bei einem Generator eine Kupferspule vorstellen, die auf einer drehbaren Achse angeordnet ist.
-> Die Spule stellt deinen Leiter da.
Um diese Achse herum sitzt 1 Dauermagnet mit Nord- und Südpol.
-> zwischen Nord- und Südpol herrscht ein Magnetfeld.
Wird die Achse nun angetrieben (durch eine Dampfturbine etc.) bewegt sich die Spule durch die Achse durch das von dem Dauermagneten erzeugte Magnetfeld und es wird in ihr (in der Spule) eine Spannung induziert. Aus der induzierten Spannung resultiert ein Strom, welcher dann ins öffentliche Netz gespeist werden kann. --- oder es wird (wie beim Dynamo) eine Lampe zum Leuchten gebracht.
Wird ein Leiter (z.B.ein Kupferdraht, eine Kupferspule) durch ein Magnetfeld geführt, so bewegen sich mit ihm auch seine freien Elektronen. Durch diese Bewegung entsteht auf der einen Seite ein Elektronenmangel und auf der anderen Seite ein Elektronenüberschuss. Daraus resultiert eine Spannung zwischen den beiden Leiterenden.
Hier fehlt mir noch ein logischer Zwischenschritt. Wie entsteht denn beim Bewegen eines Leiters (samt seiner freien Elektronen) durch ein Magnetfeld ein Elektronenmangel bzw. -überschuss? Welche Kraft wirkt da auf die Elektronen?
Oh Gott, ich hab da leider keine Ahnung von. Ich weiß, dass es Lorentzkräfte gibt aber hängen die damit zusammen? Ansonsten gibt es ja noch kinetische Energie und sowas
Genau, es ist die Lorentzkraft! In welche Richtung wirkt sie denn?
Wie meinst du in welche Richtung? Zueinander?
Ja genau, ich meine, in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Leiters und die Richtung des Magnetfelds.
Wie soll ich denn wissen wie das Magnetfeld aussieht wenn ich kein Bild oder ähnliches habe?
Sagen wir, es ist ein homogenes Feld, das überall gleich stark ist und in die gleiche Richtung zeigt (zum Beispiel nach rechts).
Oje ich glaub das weiß ich nicht. Vielleicht nach rechts?
Nein, leider nicht. :) Ich denke, du solltest erst mal besser verstehen, wie Induktion funktioniert. Dafür brauchst du aber die Lorentzkraft. Siehe zum Beispiel https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/lorentz-kraft
Achso die UVW Regel, das ist schon ein bisschen länger her
Ja, wahrscheinlich. :) Siehst du den Zusammenhang zwischen dieser Regel, der Lorentzkraft und der Ladungstrennung im Leiter?
Vielen Dank