Schriftliche Abschlussprüfung Physik 1992/93

Wahlaufgabe 7: Elektromagnetische Induktion

7.1   Induktionsvorgang

7.1.1 Beschreiben Sie ein Experiment zur Erzeugung einer Induktionsspannung in einer Spule!

7.1.2 Nennen Sie 3 Möglichkeiten, wie beim Induktionsvorgang in einer Spule die Spannung vergrößert werden kann!

7.2   Transformator

7.2.1 Beschreiben Sie den Aufbau eines Transformators!

7.2.2 Erläutern Sie seine Wirkungsweise!

7.2.3 Mit einem Transformator soll im unbelasteten Zustand eine Wechselspannung von 12 V auf 36 V transformiert werden.
Für den Aufbau des Transformators stehen Spulen mit 250 Windungen, 500 Windungen, 750 Windungen und 1500 Windungen zur Verfügung.
Geben Sie eine Möglichkeit an, mit welchen Spulen dieser Transformator aufgebaut werden kann!
Begründen Sie Ihre Auswahl!

7.2.4 Entwerfen Sie einen Schaltplan für eine Schaltung, mit der Sie Ihre getroffene Auswahl an Spulen experimentell überprüfen könnten!

7.3   Technische Bedeutung der Induktion

7.3.1 Nennen Sie 2 Beispiele für die Anwendung von Transformatoren! Erläutern Sie eines der Beispiele näher!

7.3.2 Begründen Sie die Bedeutung von Transformatoren für die Fernleitung von elektrischer Energie!

7.3.3 Beschreiben Sie den Aufbau eines Wechselstromgenerators!

7.3.4 Erläutern Sie seine Wirkungsweise!


Lösung Wahlaufgabe 7: Elektromagnetische Induktion
(Bitte beachten Sie den Hinweis am Ende der Seite)

7.1   Induktionsvorgang

7.1.1 Ein Dauermagnet wird periodisch im Innern einer Spule hin und her bewegt.

7.1.2  Möglichkeiten zur Vergrößerung der Induktionsspannung sind:
- Windungszahl der Spule vergrößern
- Schnellere Änderung der Stärke des einwirkenden Magnetfeldes
- Größere Änderung der Stärke des einwirkenden Magnetfeldes

7.2   Transformator

7.2.1 Ein Transformator besteht aus zwei Spulen (Primär- und Sekundärspule), die durch einen Eisenkern fest miteinander verbunden sind.

7.2.2 Anlegen einer Wechselspannung an die Primärspule ®
Fließen eines Wechselstromes in der Primärspule ®
Zeitlich veränderliches Magnetfeld um Primärspule, welches auch die Sekundärspule umfasst ®
Induktion einer Wechselspannung in der Sekundärspule

7.2.3  Geg.:
U1= 12 V; N1= 250/500/750/1500
U2= 36 V; N2= 250/500/750/1500

Lösung:
Es muss gelten: U1: U2= N1 : N2
Die Spannungen stehen im Verhältnis 1 : 3, also müssen das die Windungszahlen auch. Es kommen also nur die Kombinationen 250 : 750 oder 500 : 1500 für die Windungszahlen von Primärspule : Sekundärspule in Frage.

7.2.4 

7.3   Technische Bedeutung der Induktion

7.3.1 Beispiel 1: Fernübertragung von Energie
Beispiel 2: Schweißtransformator zum Elektroschweißen

Erläuterung Beispiel 1:
Um Energieverluste zu mindern, wird durch einen Transformator die Energie auf eine hohe elektrische Spannung gebracht, dann übertragen, und vor dem Abnehmer wieder auf eine „normale“ Spannung von 380 V transformiert.

7.3.2 Durch Transformatoren wird die elektrische Energie auf so hohe Spannungen gebracht, dass unerwünschte Energieumwandlungen während der Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen relativ gering bleiben.

7.3.3 Im Wechselstromgenerator sind außen Induktionsspulen fest angeordnet. Im Innern bewegt sich ein Rotor mit einem Dauer- oder Elektromagnet.

7.3.4 An den Rotorspulen (falls Elektromagnet) wird eine Gleichspannung angelegt ®
Um die Spulen (Rotor- und Induktionsspulen) befindet sich ein Magnetfeld ®
Der Rotor bewegt sich ®
Induktionsspulen sind einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld ausgesetzt ®
In den Induktionsspulen wird eine Spannung induziert.


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