hochstrom-versuch | hochstromtransformator
hallo, in physik haben wir einen versuch gemacht, der hier ganz kurz erläutert wird: http://www.zum.de/dwu/depot/pem204f.gif
mein problem ist folgendes: ich dachte der nagel schmilzt, wenn man die stromstärke enorm hochtransformiert, weil er einen großen widerstand (im vergleich zur spule hat) und somit wir im sekundärstromkreis viel stromstärke benötigt, die den nagel erhitzt und zum glühen bringt...
nun steht jedoch in meinem buch, dass der nagel einen so geringen wiederstandswert hat (sprich: einen kleinen widerstand) und deswegen kommt viel stromstärke in den sekündärkreislauf und deswegen glüht der nagel auch!!!!
DANKE schonmal!!!!
2 Antworten
(Ich kann das Bild leider nicht anschauen - ich komm immer auf die Startseite und finde es nicht).
Hier muss man die Begriffe und das Verhalten "vorsichtig" überlegen: Wir haben einmal den Transformator. Auf seiner Primärseite (Eingangsseite) geben wir ihm eine konstante (Wechsel-)Spannung, Wegen des festen Wicklungsverhältnisses wird uns der Trafo daher auch auf der Sekundärseite (Ausgangsseite) eine konstant hohe Wechselspannung geben, (mehr oder weniger) egal, wie groß der WIderstand im Sekundärstromkreis ist.
("Mehr oder weniger egal" deswegen, weil über einer gewissen Stromstärke entweder der Trafo abbrennt oder die Sicherung fliegt ... aber das ignorieren wir jetzt einmal).
Nun schalten wir in die Sekundärleitung den Nagel rein. Die Hitze, die in ihm entsteht, entsteht durch die Verlustleistung in ihm - und die ist das Produkt aus Spannung und Strom. Die Spannung ist, wie gesagt, faktisch konstant. Also steigt die Verlustleistung mit dem Strom. Der Strom steigt aber, wenn der Widerstand kleiner wird: Das heißt, je kleiner der Widerstand des Nagels ist, desto höher ist der Strom, desto höher die Heizleistung in ihm, und desto heißer wird er!
Reicht das als Erklärung?
Genau: Der Nagel wird heiß durch die Leistung, die in ihm verheizt wird = genauer muss man das, wie Du schreibst, natürlich auf Atomebene erklären: Die sich bewegenden Elektronen krachen gegen die Metallatome und geben dabei ihre Bewegungsenergie ab. Je mehr Elektronen = je höher der Strom, desto heißer.
Die Spule wird schon auch heiß - deshalb meinte ich, dass der Trafo abbrennen könnte.
Der Strom durch Spule und Nagel ist ja gleich, und die Spannung am Nagel kriegen wir aus der Trafogleichung. Die Verlustleistung im Nagel können wir dann mit U * I berechnen.
Bei der Spule ist es komplizierter: Stellen wir uns vor, sie hätte Widerstand 0 (das geht, wenn man z.B: supraleitende Spulen verwendet - wie am CERN!!!) --> dann wird der Strom durch sie wegen des Ohmschen Gesetzes
U[Trafoverlust] = R[Trafospule] * I[Trafospule]
eine "Verlustspannung" von 0 (null!) erzeugen, und daher ist die Verlustleistung (Produkt aus verlustspannung und Strom) auch 0. Nun habt ihr aber sicher keine supraleitende Spule gehabt. Aber der Widerstand der Trafospule ist gering gehalten - sie besteht aus ziemlich dickem Kupferdraht: Kupfer hat schon von vornherein etwas weniger Widerstand als Eisen; und der Kupfer"draht" ist sicher dicker und länger als der Nagel! Daher ist die Verlustleistung im Trafo geringer, und die Verlustleistung je Kubikzentimeter erst recht ... warm geworden ist er aber sicher ...
Ein wenig hilft auch noch, dass Kupfer die Wärme besser leitet - d.h. die Wärme wird etwas besser nach außen geleitet. Und dann hängt es noch vom Aufbau des Trafos ab: Möglichst große Oberfläche der Spule (und bei ganz großen Trafos verwendet man statt Kupferdraht Kupferrohre und pumpt Wasser oder Öl zur Kühlung durch - aber das wird bei Euch nicht so gewesen sein ...).
ok danke, aber das einzige was ich n ich ganz verstanden habe ist, was eine verlustspannung ist...
Hab ich befürchtet .. hab ich auch "einfach so eingeführt".
Das Problem ist Folgendes: Stell Dir nocheinmal diesen Trafo mit supraleitender Sekundärspule vor. Über den Enden dieser Spule misst man sicher eine Spannung - sonst würde die Trafogleichung U1:U2 = N1:N2 ja nicht mehr gelten. Und durch die Spule fließt auch ein Strom (was immer der angeschlossene Verbraucher dem Trafo abnimmt). Trotzdem kann man die Verlustleistung in dieser Spule nicht als "Spannung über der Spule mal Strom durch die Spule" berechnen!!!
Das ist schon sehr komisch - bei allen anderen elektrischen Dingen kann man das - wieso hier nicht? Nun, einfach: Der Trafo ist eine Spannungsquelle - d.h. die Spannung, die wir messen, hat nichts mit einem "Widerstandsverlust" zu tun, sondern "kommt aus dem Trafo" (durch elektromagnetische Induktion).
Nun wollen wir aber die "im Trafo verlorene Leistung" doch berechnen. Wie können wir das tun? Nun, so:
Wir lassen durch den nicht angeschlossenen Trafo auf der Sekundärseite einen kleinen Gleich(!)strom fließen und messen den Spannungsabfall. Weil der Trafo jetzt nicht als Trafo funktioniert (ist ja keine Wechselspannung), messen wir damit einfach den "Innenwiderstand" des Trafos - also den echten Widerstand der Kupferleitung; oft mit Ri (für "innen") bezeichnet.
Wenn nun beim Trafobetrieb dort ein Strom I durchfließt (der sich durch die induzierte Sekundärspannung und den Widerstand Rv des Verbrauchers - hier des Nagels - [ganz genau: Die Summe Rv + Ri!] ergibt), dann fällt an dem Innenwiderstand nach dem Ohmschen Gesetz
Ui = I * Ri
einen "innere Spannung" ab, die verloren geht - das ist die "Verlustspannung". Noch einmal: Je kleiner man Ri macht, desto geringer ist diese Verlustspannung; im Extremfall der supraleitenden Spule mit Ri=0 ist auch Ui=0.
Die innere Verlustleistung Pi ergibt sich dann einfach als Pi = Ui * I.
... langer Text ... hoffentlich klarer ...
ok ich denke ich hab es nun so einigermaßen verstanden... danke!!! :D
Die Stromstärke ist gleich Spannung durch Widerstand (Ohmsches Gesetz: I = U/R). Je kleiner der Widerstand wird, um so größer wird also die Stromstärke am Nagel, wie bei jedem Stromverbraucher. Natürlich muss der Querschnitt der Sekundärspule so stark ausgelegt sein, dass nicht die Spule selbst dabei weg schmilzt anstelle des Nagels.
aber wodurch wird der nagel heiß??? und warum wird die dickere Spule nicht heiß??? ist hierfür der grund dennoch der widerstand und somit, dass die e- gegen die metalionen stoßen und sie so in schwingung versetzten???
danke für die gedult :-)