Öffnen Lösungen PDF – Physik Transformator
Aufgabe 1: Grundlagen des Transformators
Ein Transformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen und eine Sekundärspule mit N2 Windungen. Die Primärspule wird an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und die Sekundärspule an einen Verbraucher. Berechnen Sie die Spannung am Verbraucher, wenn die Spannung an der Primärspule 220V beträgt und N1 = 100 und N2 = 200.
Lösung:Die Spannung am Verbraucher kann mit der Formel U2/U1 = N2/N1 berechnet werden.
U2/U1 = 200/100 = 2
U2 = U1 * 2 = 220V * 2 = 440V
Aufgabe 2: Leistungstransformator
Ein Leistungstransformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen und eine Sekundärspule mit N2 Windungen. Die Spannung an der Primärspule beträgt 440V und die Leistung beträgt 10kW. Die Sekundärspannung beträgt 220V. Berechnen Sie die Anzahl der Windungen N1 und N2.
Lösung:Die Anzahl der Windungen kann mit der Formel P = U * I berechnet werden.
P1 = P2
U1 * I1 = U2 * I2
I2/I1 = N1/N2
N1/N2 = U1/U2 = 440V/220V = 2
N1 = 2 * N2
Mit der Formel P = U * I und I2/I1 = N1/N2 kann N2 berechnet werden.
P2 = U2 * I2
I2 = P2/U2 = 10kW/220V = 45,45A
I2/I1 = N1/N2
45,45A/I1 = 2
I1 = 22,73A
N1/N2 = 2
N2 = I2/I1 = 45,45A/22,73A = 2
N1 = 2 * N2 = 2 * 2 = 4
Aufgabe 3: Transformator mit Eisenkern
Ein Transformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen, eine Sekundärspule mit N2 Windungen und einen Eisenkern. Der Eisenkern hat eine magnetische Durchflutung von 0,2 T und eine Querschnittsfläche von 10cm². Berechnen Sie die Induktivität der Primärspule, wenn die Stromstärke durch die Primärspule 5A beträgt.
Lösung:Die Induktivität kann mit der Formel L = phi/N * I berechnet werden.
L1 = phi1/N1 * I1
phi1 = B * A = 0,2T * 10cm² = 0,002Wb
L1 = 0,002Wb/100 * 5A = 0,0001H = 0,1mH
Aufgabe 4: Transformator mit verlustbehafteter Spule
Ein Transformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen und eine Sekundärspule mit N2 Windungen. Die Spannung an der Primärspule beträgt 220V und die Leistung beträgt 10kW. Die Sekundärspannung beträgt 110V. Die Primärspule hat einen Innenwiderstand von 0,2 Ohm. Berechnen Sie die Effektivspannung am Verbraucher.
Lösung:Die Effektivspannung am Verbraucher kann mit der Formel U2 = U1 * N2/N1 – I * R berechnet werden.
I = P/U1 = 10kW/220V = 45,45A
U2 = 220V * 110/220 – 45,45A * 0,2Ohm = 110V – 9,09V = 100,91V
Aufgabe 5: Transformator mit kapazitiver Last
Ein Transformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen und eine Sekundärspule mit N2 Windungen. Die Spannung an der Primärspule beträgt 220V und die Leistung beträgt 10kW. Die Sekundärspannung beträgt 110V. Der Verbraucher ist eine kapazitive Last mit einem Kondensator mit der Kapazität C = 10µF. Berechnen Sie den Strom durch den Kondensator.
Lösung:Der Strom durch den Kondensator kann mit der Formel I = C * dU/dt berechnet werden.
dU/dt = 2 * pi * f * U
U = U2 = 110V
f = 50Hz
dU/dt = 2 * pi * 50Hz * 110V = 34.56kV/s
I = 10µF * 34.56kV/s = 345,6A
Aufgabe 6: Transformator mit Blindleistung
Ein Transformator hat eine Primärspule mit N1 Windungen und eine Sekundärspule mit N2 Windungen. Die Spannung an der Primärspule beträgt 220V und die Leistung beträgt 10kW. Die Sekundärspannung beträgt 110V. Der Verbraucher hat eine Blindleistung von 5kVAr. Berechnen Sie den Scheinwiderstand des Verbrauchers.
Lösung:Der Scheinwiderstand des Verbrauchers kann mit der Formel S = U * I berechnet werden.
P = 10kW
Q = 5kVAr
S = sqrt(P^2 + Q^2) = sqrt(10kW^2 + 5kVAr^2) = 11,18kVA
I = S/U2 = 11,18kVA/110V = 101,64A
Z = U2/I = 110V/101,64A = 1,08Ohm
Was ist ein Transformator?
Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, das dazu dient, die Spannung und den Strom in einem Stromkreis zu verändern. Er besteht aus zwei Spulen, die magnetisch miteinander verbunden sind. Eine Spule wird als Primärspule bezeichnet und die andere als Sekundärspule. Wenn eine Wechselspannung an die Primärspule angelegt wird, entsteht in der Sekundärspule eine Spannung mit einer anderen Stärke.
Wie funktioniert ein Transformator?
Die Funktionsweise eines Transformators beruht auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn eine Wechselspannung an die Primärspule angelegt wird, entsteht ein Magnetfeld, das durch die Sekundärspule hindurchgeht und dort eine Spannung induziert. Die Stärke der Spannung in der Sekundärspule hängt dabei von der Anzahl der Windungen in der Primär- und Sekundärspule ab.
Physik Klasse 9 Transformator Aufgaben Mit Lösungen
Um dein Wissen über den Transformator zu vertiefen, haben wir hier einige Aufgaben für dich:
Aufgabe 1:
Gegeben sind eine Primärspule mit 200 Windungen und eine Sekundärspule mit 400 Windungen. An die Primärspule wird eine Wechselspannung von 230 V angelegt. Berechne die Spannung, die in der Sekundärspule entsteht.
Lösung:Die Spannung in der Sekundärspule berechnet sich nach der Formel:
Us = Up * Ns / Np
Dabei steht Up für die Spannung in der Primärspule, Ns für die Anzahl der Windungen in der Sekundärspule und Np für die Anzahl der Windungen in der Primärspule.
Einsetzen der Werte:
Us = 230 V * 400 / 200 = 460 V
Die Spannung in der Sekundärspule beträgt also 460 V.
Aufgabe 2:
Gegeben sind eine Primärspule mit 500 Windungen und eine Sekundärspule mit 1000 Windungen. An die Sekundärspule wird eine Spannung von 50 V angelegt. Berechne die Spannung, die in der Primärspule anliegt.
Lösung:Die Spannung in der Primärspule berechnet sich nach der Formel:
Up = Us * Np / Ns
Dabei steht Us für die Spannung in der Sekundärspule, Np für die Anzahl der Windungen in der Primärspule und Ns für die Anzahl der Windungen in der Sekundärspule.
Einsetzen der Werte:
Up = 50 V * 500 / 1000 = 25 V
Die Spannung in der Primärspule beträgt also 25 V.
Zusammenfassung
Ein Transformator ist ein elektrisches Gerät, das dazu dient, die Spannung und den Strom in einem Stromkreis zu verändern. Er besteht aus zwei Spulen, die magnetisch miteinander verbunden sind. Die Funktionsweise beruht auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Durch das Ändern der Anzahl der Windungen in den Spulen kann man die Spannung im Stromkreis verändern.
| Aufgabe | Lösung |
|---|---|
| 1 | 460 V |
| 2 | 25 V |
Wir hoffen, dass dir diese Aufgaben geholfen haben, das Thema Transformator besser zu verstehen. Wenn du weitere Fragen hast oder Hilfe benötigst, kannst du dich gerne an deinen Physiklehrer wenden.