Physik: Elektromagnetische Induktion und Transformatoren

Vokabel-Lernkarten zu den Themen elektromagnetische Induktion, Wechselspannung, Generatoren, Transformatoren und Hochstromanwendungen basierend auf den Unterrichtsmaterialien.

Elektromagnetische Induktion

Der Vorgang, bei dem durch die Bewegung eines Magneten relativ zu einer Spule (Änderung des Magnetfelds) die Elektronen im Leiter bewegt werden und eine elektrische Spannung entsteht.

Induktionsspannung ($U_{\text{ind}}$)

Die elektrische Spannung, die an den Anschlüssen einer Spule entsteht, wenn sich das die Spule durchsetzende oder umgebende Magnetfeld ändert.

Möglichkeiten zur Erhöhung der Induktionsspannung

Vier Methoden zur Vergrößerung von $U_{\text{ind}}$: schnellere Bewegung des Magneten, Einsatz eines stärkeren Magneten, Erhöhung der Windungszahl der Spule sowie die Verwendung einer Spule mit größerem Querschnitt.

Wechselspannung

Eine Spannung, deren Betrag und Vorzeichen sich periodisch ändern, da sich durch eine Dreh- oder Pendelbewegung des Magneten das Magnetfeld und damit die Bewegungsrichtung der Elektronen regelmäßig umkehrt.

Gleichspannung

Eine elektrische Spannung, deren Polung über die Zeit konstant bleibt und die Elektronen stets in dieselbe Richtung treibt.

Generator

Ein technisches Gerät, das auf dem Prinzip der Induktion beruht und mechanische Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie umwandelt.

Stator

Der feststehende, unbewegliche Bauteilbereich eines Generators oder Dynamos.

Rotor

Der rotierende bzw. sich drehende Bestandteil eines Generators (beispielsweise der rotierende Magnet in einem Fahrrad-Dynamo).

Elektromotor

Ein Energiewandler, der im Vergleich zum Generator die entgegengesetzte Energieumwandlung vollzieht, indem er elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.

Transformator

Ein Bauteil aus zwei Spulen auf einem geschlossenen Eisenkern, das elektrische Energie berührungslos über elektromagnetische Induktion vom Feldstromkreis auf den Induktionsstromkreis überträgt und dabei Spannungen sowie Stromstärken ändert.

Feldspule (Primärspule)

Die an die Wechselspannungsquelle angeschlossene Eingangsspule ($n_1$) des Transformators, die das veränderliche Magnetfeld im Eisenkern erzeugt.

Induktionsspule (Sekundärspule)

Die Ausgangsspule ($n_2$) des Transformators, in der durch das magnetische Wechselfeld des Eisenkerns die transformierte Spannung ($U_2$) induziert wird.

Eisenkern

Ein geschlossener Körper aus ferromagnetischem Material, der das durch die Feldspule erzeugte Magnetfeld bündelt und verlustarm zur Induktionsspule leitet.

Spannungsverhältnis am Transformator

Gesetzmäßigkeit, nach der sich die Spannungen proportional zu den Windungszahlen der Spulen verhalten ($\frac{U_1}{U_2} = \frac{n_1}{n_2}$). Ist $n_2 > n_1$, wird die Spannung erhöht.

Stromstärkenverhältnis am Transformator

Gesetzmäßigkeit, nach der sich die Stromstärken antiproportional zu den Windungszahlen der Spulen verhalten ($\frac{I_1}{I_2} = \frac{n_2}{n_1}$). Hat die Induktionsspule weniger Windungen als die Feldspule, vergrößert sich die Stromstärke.

Hochstromtransformator

Ein Transformator mit großer Windungszahl an der Feldspule ($n_1$) und sehr kleiner Windungszahl an der Induktionsspule ($n_2$), der die Spannung stark herabsetzt und dadurch extrem hohe Stromstärken erzeugt.

Thermische Energie beim Hochstromtrafo

Wärmeenergie, die infolge sehr großer Ströme im sekundären Leiterkreis entsteht und zum Schmelzen oder Erhitzen von Metallen genutzt wird.

Elektroschweißgerät

Ein Gerät, das einen Hochstromtransformator nutzt, um an der Berührstelle zwischen Werkstück und Elektrode eine extrem hohe Stromstärke zu erzeugen, die das Metall zum Schmelzen bringt.

Induktionskochfeld

Ein Kochfeld, bei dem eine Primärspule unter der Glaskeramik ein Magnetfeld aufbaut, welches im ferromagnetischen Topfboden (als Sekundärspule/Induktionsspule) Ströme induziert, die den Boden direkt erhitzen.