Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1999/2000

Aufgabe 6 Elektromagnetische Induktion (Wahlaufgabe)

6.1      An einen verzweigten Stromkreis wird eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. In einem Zweig befinden sich ein ohmscher Widerstand und eine Glühlampe, im anderen Zweig eine Spule mit geschlossenem Eisenkern und eine gleiche Glühlampe. Beide Glühlampen dienen dem Nachweis eines Stromflusses. Man beobachtet, dass die mit der Spule in Reihe geschaltete Glühlampe etwas später aufleuchtet als die mit dem ohmschen Widerstand in Reihe geschaltete.

6.1.1 Zeichnen Sie einen Schaltplan dieser Experimentieranordnung.

6.1.2 Erklären Sie den beschriebenen Sachverhalt.

6.2 Mit Hilfe eines Generators soll eine sinusförmige Wechselspannung erzeugt werden.

6.2.1 Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau des Generators.

6.2.2 Erläutern Sie seine Wirkungsweise.

6.3      An einen unbelasteten, weitgehend verlustfreien Transformator, dessen Primärspule 125 Windungen und dessen Sekundärspule 750 Windungen aufweisen, wird die Wechselspannung 6,0 V angelegt.

6.3.1 Berechnen Sie die Spannung an der Sekundärspule.

6.3.2 An die Sekundärspule soll in einem weiteren Experiment der Widerstand 36 W angeschlossen werden.
Berechnen Sie die Stromstärke im Sekundärstromkreis.

6.4 Transformatoren spielen bei der Energieübertragung vom Kraftwerk zum Verbraucher eine große Rolle.

6.4.1 Begründen Sie die Notwendigkeit für diese Verwendung von Transformatoren.

6.4.2 Ein Transformator hat den Wirkungsgrad 95 %.
Erläutern Sie diese Aussage.

6.5      Der folgende Schaltplan zeigt ein einfaches Ladegerät, mit dem ein Akkumulator am Netz geladen werden kann.

Benennen Sie zwei Bauteile und erläutern Sie jeweils deren Funktion.

Lösung Aufgabe 6 Elektromagnetische Induktion
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

6.1.1

6.1.2 Beim Einschalten entsteht in der Spule ein Magnetfeld, was sich bis zum Erreichen der maximalen Stromstärke vergrößert. Dadurch tritt in der Spule Selbstinduktion auf. Es wird eine Induktionsspannung erzeugt, die ihrer Ursache (Ansteigen der Stromstärke) entgegen wirkt und damit das Aufleuchten der Glühlampe verzögert.

6.2.1 Ein Wechselstromgenerator besteht aus
- dem Stator mit den Statorspulen
- dem Rotor (Dauer- oder Elektromagnet)
- Schleifringen

6.2.2 An den Elektromagnet des Rotors wird eine Gleichspannung angelegt. Der Rotor setzt sich in Bewegung, so dass die Statorspulen von einem sich ändernden Magnetfeld umgeben sind. Daher wird nach dem Induktionsgesetz in den Statorspulen eine Induktionsspannung erzeugt.

6.3.   geg.: N₁ = 125
N₂ = 750
U₁ = 6,0 V

6.3.1 ges.: U₂

Lösung:

An der Sekundärspule beträgt die Spannung 36 V.

6.3.2 geg.: R = 36 Ohm
U = 36 V

ges.: I

Lösung:


Die Stromstärke im Sekundärstromkreis beträgt 1 A.

6.4.1 Im Generator eines Kraftwerkes werden Spannungen erzeugt, die für die Übertragung der Energie durch Hochspannungsleitungen auf Grund der bei dieser Spannung entstehenden Leitungs"verluste" ungeeignet sind. Daher werden diese Spannungen mittels Transformatoren auf 380000 V erhöht.
Die in den Haushalten stehenden elektrischen Geräte sind jedoch nur für eine Spannung von 220 V ausgelegt. Die Spannung muss also von 380000 V auf 220 V verringert werden, was wiederum Transformatoren übernehmen.

6.4.2 Diese Aussage bedeutet, dass nur 95% der Energie, mit der der Transformator im Primärkreis gespeist wird, in elektrische Energie des Sekundärstromkreises umgewandelt werden. 5% der aufgenommenen elektrischen Energie wird also unerwünscht in andere Energieformen (z. B. thermische Energie) umgewandelt.

6.5

Hinweis: Die vorliegenden Lösungen sind Musterlösungen des jeweiligen Autors und keine offiziellen Lösungen des Sächsischen Staatsministeriums für Kultus. Der Autor garantiert nicht für die Vollständigkeit und Richtigkeit der vorliegenden Lösung.

Herzlichen Dank an meine Kollegin Ines Stiller, die diese Lösungen kritisch begutachtete.

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