Kann mir jemand helfen in Physik?(Klasse 12) (Thema: Schwingkreis, Transformator)?

2 Antworten

DoctorBibber
Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer
Physik
06.06.2022, 22:25

Der ungedämpfte elektrische Parallelschwingkreis

die Eigenfrequenz des elektrischen Schwingkreises ist die Resonanzfrequenz allerdings nur im Ungedämpften Fall den wir hier theoretisch betrachten. die Admittanz des Schwingkreises des Imaginärteils hebt sich dabei komplett weg.

Wir wissen, wenn die Frequenz gegen 0 geht oder wenn die Frequenz gegen unendlich geht, dann verhält sich der Schwingkreis wie ein Kurzschluss einfach weil der induktive oder kapazitive Blindwiderstand je nach Frequenz immer 0 wird im extrem Fall.

Wir schreiben die Formel nach dem ohmschen Gesetz auf:

I=U/R

Anstelle von R setzen wir den Leitwert G=1/R ein und erhalten:

I=U*G

Für G setzen wir den jeweiligen Kehrwert der Blindwiderstände ein:

I=U*j(ωC-(1/ωL))

bei unendlich kleinem Leitwert ist der Widerstand unendlich weshalb der Strom 0 ist. Das Produkt muss 0 sein das heißt entweder Die Spannung oder der Blindwiderstand ist 0 wir wollen den Blindwiderstand 0 bekommen:

ω0*C-(1/ω0*L)=0

ω0^2=(1/L*C)

ω0=1/√(L*C)

Damit hätten wir die Formel für die Resonanzkreisfrequenz und mit:

ω=2*π*f

bekommen wir auch die Frequenz. Also:

f0=1/2*π*√(L*C)

Für die Fragen bei b ist offenbar dein Verständnis zum Thema allgemein gefragt. wie ändert sich die Eigenschaft einer Spule mit Kern? Schauen wir uns doch mal dazu an aus welchen Faktoren sich die Induktivität zusammensetzt:

L=n^2*A*μ0*μr*(1/l)

an μ0 können wir nicht viel ändern. Das ist ein konstanter Wert aber μr lässt sich ändern, denn das ist die Permeabilität eines Stoffes den wir als Kern verwenden. Das ist also die Fähigkeit eines Materials sich einem Magnetfeld anzupassen und wir wir sehen ist der Zusammenhang direkt Proportional wird also μr größer dann muss die Induktivität auch größer werden die Permeabilität von Eisen liegt bei dem Faktor 10000. Das heißt die Induktivität wird viel größer. Somit können wir anhand unserer Formel auch sehen was mit der Frequenz passieren muss wenn L größer wird.

Der Rest sollte so ziemlich selbst erklärend sein wenn du es bis hierhin verstanden hast.

Der Transformator

Wir betrachten den Idealen Transformator. Den Groben Aufbau solltest du kennen. Wir haben 2 Spulen die mechanisch über einen geblechten Eisenkern gekoppelt sind. Der Draht der Spule ist mit einem speziellen Lack beschichtet welcher die Windungen untereinander voneinander isoliert.

Wir betrachten hier den Idealen Transformator. Der Reale Transformator ist hier wesentlich komplizierter.

Bei einem idealen Transformator der nur in der Theorie existiert (genau wie eine ungedämpfte Schwingung nur in der Theorie existiert) wird die Leistung Primärseitig OHNE VERLUSTE über die magnetische Kopplung an die Sekundärseite übertragen. Hier lässt sich über das Induktionsgesetz folgende Gleichung herleiten:

U1/U2=N1/N2

Das heißt das Verhältnis der Windungen ist gleich das Verhältnis der Spannungen. Das gilt wie gesagt nur im Idealen Fall. Ein Transformator verhält sich im Leerlauf übrigens annährend ideal.

Damit ist die Zugeführte Leistung gleich der abgegebenen Leistung:

Pzu=Pab

U1*I1=U2*I2

Allerdings muss ich leider sagen erschließt sich mir die Aufgabe c nicht ganz. Soll da mit dem Wert für die Primärseite bei dem letzten Punkt von b gerechnet werden? Das müsstest du in Erfahrung bringen, denn leider sind bei Aufgabe c sofern ich nichts übersehe nicht genügend Informationen vorhanden um den Wirkungsgrad berechnen zu können. Wenn du Primär und Sekundärstrom hast, dann währe das schon eher möglich.

Der Eisenkern des Transformators hat durch seine Permeabilität die Aufgabe das Magnetfeld zu bündeln die Feldlinien werden also durch das Material geleitet. Bei einem Kern der nicht in sich geschlossen ist ist die Übertragung und damit der Wirkungsgrad schlechter.