Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus
description
Transcript of Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus
![Page 1: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/1.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
1
Kapitel 11Elektrizität und Magnetismus
![Page 2: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/2.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
2
11. Elektrizität und Magnetismus
11.1 Magnetismus
Wiederholung der bereits bekannten Phänomene des Magnetismus.
Magnetische Stoffe: Eisen, Kobalt, Nickel.
Magnetpole; Anziehung und Abstoßung
Gleichnamige stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
![Page 3: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/3.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
3
Untersuchung der Pole
Versuch: Wir bringen zwei Ringmagnete auf zwei verschiedene Arten zusammen.
Ergebnis: Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige Pole stoßen sich ab.
Die Pole heißen Nordpol (rot) und Südpol (grün)
![Page 4: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/4.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
4
Magnetische InfluenzVersuch:
Eisen Magnet
In der Nähe eines Magneten wird ein Eisenstück selbst magnetisch. = Magnetische Influenz
![Page 5: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/5.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
5
Bringt man eine Stricknadel in die Nähe eines Magneten, bleibt ein Restmagnetismus (Remanenz)
![Page 6: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/6.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
6
Weitere Untersuchungen:
Versuch:
1. Laubsägeblatt magnetisieren, anschließend mit Kompass untersuchen.
Ergebnis: Es entsteht Nord- und Südpol.
2. Laubsägeblatt teilen:
Ergebnis:
Teilt man einen Magneten immer wieder, erhält man stets wieder Magneten mit Nord- und Südpol.
Dies kann man fortsetzen bis zu einer Größe von 0,01 bis 1 µm. (Größe der Elementarmagnete)
Diese Elementarmagnete sind in jedem ferromagnetischen Stoff vorhanden.
Magnetisieren bedeutet also das Ausrichten der Elementarmagnete.
![Page 7: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/7.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
7
![Page 8: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/8.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
8
Ein Magnet kann durch Erschüttern oder durch Erhitzen über eine bestimmte Temperatur wieder unmagnetisch werden.Curietemperatur (Fe 769°C, Ni 356°C, Co 1075°C)
![Page 9: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/9.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
9
Versuch:
versch. Stoffe
Magnet
Ergebnis: Magnetismus geht durch Papier, Glas etc.. Durch Eisen lässt sich der Magnetismus abschirmen.
![Page 10: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/10.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
10
11.2 Wirkungsbereich eines Magneten – Magnetfeld
http://www.zum.de/dwu/depotan/apma005.htm
Den Raum um den Magneten bezeichnet man als Magnetdfeld.Wirkungsbereich einer magnetischen Kraft.
Darstellung durch Kraftlinien.
Ermittle die verschiedenen Magnetfelder für Stabmagnete (auch zwei mit gleichen Polen einander gegenüber), Hufeisenmagnete
![Page 11: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/11.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
11
11.3 Magnetfeld der Erde
Das Magnetfeld der Erde gleicht dem eines Stabmagneten. (Stimmt allerdings weiter außerhalb nicht mehr. (Sonnewind)
Kompass zeigt in Nord-Südrichtung.Im geographischen Norden befindet sich ein magnetischer Südpol, im geogr. Süden ein magnetischer Nordpol.
![Page 12: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/12.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
12
Die Pole befinden sich weit unterhalb der Erdkruste.Ursache des Erdmagnet-feldes liegt in Kreisströmen. Für Permanentmagnet wäre es im Erdinneren zu heiß.
Die Magnetischen Pole stimmen nicht mit den geographischen überein.Im Norden: 73° nö. Breite 100° westl. Länge (nördl. von Kanada)1831 von Kapitän Ross auf Insel Boothia felix entdeckt.Im Süden: 69° südl. Breite, 143° östl. Länge (südl. von Australien) (1909 von Shakleton)Die Pole wandern jährlich um einige (ca. 7,5 km) km
![Page 13: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/13.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
13
Deklination: Abweichung der Magnetnadel von der geographischen N-S-Richtung.Diese ist ortsabhängig. Bregenz Bregenz 0° 8,2’ westl. Dekl.Inklination: Abweichung der Magnetnadel von der Horizontalen. (Bei uns ca. 60°)
![Page 14: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/14.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
14
11.4 Magnetische Wirkung elektrischer Ströme11.4.1 Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
Versuch:
I
N
S
1820 entdeckte Oersted:
Eine Magnetnadel in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters erfährt eine Auslenkung.
Ein stromdurchflossener Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben.
Die magnetischen Feldlinien bilden konzentrische Kreise um den Leiter.
Die Richtung der Feldlinien wird mit der Rechtsschraubenregel bestimmt.
![Page 15: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/15.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
15
![Page 16: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/16.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
16
11.4.2 Magnetfeld einer Spule
+
N S Versuch dazu mit kleinen Kompassnadeln auf Overhead oder Eisenfeilspäne
Es gleicht dem Magnetfeld eines Stabmagneten.
Die Richtung des Magnetfeldes wird mit der Rechte-Hand-Regel bestimmt. (Rechte Hand mit Zeigefinger in Stromrichtung, Daumen zeigt dann den Nordpol.)
![Page 17: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/17.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
17
![Page 18: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/18.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
18
Wovon hängt die Stärke des Magnetfeldes einer Spule ab?
Versuch 1: Spule mit 600 Windungen ohne Eisenkern Kompassnadel wird in der Nähe aufgestellt.Wir variieren die Stromstärke.
Je höher die Stromstärke, desto stärker das Magnetfeld
Versuch 2: Drei Spulen (300W., 600W., 1200W) werden in Serie geschaltet. Vor alle wird im gleichen Abstand eine Magnetnadel angebracht.
N S
Je höher die Windungszahl, desto stärker das Magnetfeld
![Page 19: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/19.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
19
11.4.3 Elektromagnete
Versuch:
1. Ohne Eisenkern
2. Wir schieben einen Eisenkern in die Spule
Ergebnis: Mit dem Eisenkern wird die magnetische Wirkung um ein Vielfaches verstärkt.Begründung: Im Weicheisenkern werden die Elementarmagnete ausgerichtet.
Eine stromdurchflossene Spule mit einem Eisenkern wird als Elektromagnet bezeichnet.
Elektromagnete haben den Vorteil, dass sie sich in ihrer Stärke durch Verändern der Stromstärke regeln lassen.
![Page 20: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/20.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
20
Überlege Aufgaben 7.1 und 7.2 Seite 11
7.1: Antwort: Er muss entgegengesetzt gerichtet sein.7.2: Antwort: Wenn alle Elementarmagnete ausgerichtet sind, kommt es zur Sättigung
Lies Zusammenfassung Seite 11 unten!
![Page 21: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/21.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
21
11.4.4 Anwendungen von ElektromagnetenStoffsammlung:
Elektr. Türöffner, Weichen, ....
Unterbrechungseinrichtung heißt Wagnerscher Hammer.
Elektrische Klingel• Beim Schließen des Schalters fließt
Strom durch die Spule.• Die Spule wird zum Magneten. • Der Eisenanker wird von der Spule
angezogen, er schlägt auf den Klangkörper.
• Der Kontakt K wird durch die Anziehung des Ankers unterbrochen.
• Durch die Spule fließt kein Strom mehr. • Der Anker wird nicht mehr angezogen
und schwingt zurück. • Der Kontakt K wird wieder geschlossen.
usw.
![Page 22: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/22.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
22
KlingelVersuchsaufbau:
Die Spule steckt auf zwei Doppelsteckerstiften, die direkt in die Schaltplatte eingesetzt werden. Gleichspannung 10V unstabilisiert.Die Blattfeder in der Klemm-buchse mit Schlitz soll den Kontaktstift leicht berühren und dabei etwa 6 - 8 mm vom Eisenkern, der in die Spule eingeschoben wird, entfernt sein.
Versuch: Schalter schließen.An der Kontaktstelle der Blattfeder erkennt man starke ............................Warum ist gutes Kontaktmaterial erforderlich?Wir verfolgen den Weg des Stromes! Warum schwingt die Blattfeder? Fachausdruck für diese Schaltung: .........
Funkenbildung
Wagnerscher Hammer
![Page 23: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/23.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
23
Schülerversuch zu Klingel
![Page 24: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/24.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
24
![Page 25: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/25.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
25
Relais
Kontaktfeder
220V~
Elektrisches Relais:
Es enthält zwei getrennte Stromkreise:
Laststromkreis.
SteuerstromkreisMit einem relativ kleinen Strom kann ein großer Stromkreis geschaltet werden.
![Page 26: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/26.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
26
RelaisWir erkennen zwei Stromkreise:Der Stromkreis für die Relaisspule (800W) wird mit 10V nichtstabilisiert versorgt. Er wird durch den Schalter aus- und eingeschaltet.An den zweiten Stromkreis wird eine Gleichspannung von 6V (stabilisiert) angelegt.
Die Blattfeder wird auf den linken "Ruhe"-kontakt gelegt. Spule wie bei Klingel schalten.Ruhekontakt R und Arbeitskontakt A sind Steckstifte mit ganz oben montierten Muttern in einem Baustein mit Unterbrechung.
![Page 27: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/27.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
27
Relais
RuhekontaktArbeitskontakt
Versuch: Der in die Spule eingeschobene Eisenkern ist so zu lagern, dass die Blattfeder beim Einschalten auf den rechten "Arbeits" - Kontakt aufschlägt, ohne vom Eisenkern daran gehindert zu werden.
Er muss andererseits aber die Blattfeder auch anziehen können.Mehrmals ein- und ausschalten.
![Page 28: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/28.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
28
Relais
Steuerstromkreis
![Page 29: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/29.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
29
Relais
Laststromkreis
![Page 30: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/30.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
30
Erkenntnis:
Das Relais besteht aus einer Spule, die bei Stromfluss einen beweglichen Anker anzieht und dabei den ................... - Kontakt schließt.Ohne Stromfluss ist der ...................- Kontakt geschlossen.Mit Hilfe des Spulenstromes bzw. seines Magnetfeldes kann man also einen anderen Stromkreis öffnen oder schließen.
Arbeits
Ruhe
![Page 31: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/31.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
31
Das Drehspulinstrument
Der zu messende Strom wird über die Spiralfedern durch die Spule geschickt.
Dadurch wird ein Magnetfeld erzeugt, das sich im Magnetfeld des Hufeisenmagneten je nach Stromstärke ausrichtet.
Der mit der Drehspule verbundene Zeiger dreht sich.
Das Drehspulinstrument kann als Strommessgerät und als Spannungsmessgerät eingesetzt werden.
![Page 32: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/32.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
32
11.4.5 Der Elektromotor
Versuch: Leiterschaukel Ergebnis: Auf einen stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, wirkt eine Kraft. Der Leiter bewegt sich senkrecht zu den magn. Feldlinien.
Die Kraftrichtung ändert sich, wenn man die Stromrichtung umkehrt oder das Magnetfeld umkehrt.
Zur Leiterschaukel:
![Page 33: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/33.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
33
U
V
W
Die Richtung der Kraft wird mit der U V W - Regel bestimmt.U ... Ursache (Daumen): StromrichtungV ... Vermittlung (Zeigefinger): Richtung des MagnetfeldsW ... Wirkung (Mittelfinger): Richtung der Kraft
![Page 34: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/34.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
34
Technische Stromrichtung
Richtung des Magnetfeldes(Nord-Süd)
Richtung der Kraft
Ursache
Vermittlung
Wirkung
![Page 35: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/35.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
35
Der Elektromotor
Wir wollen die Bewegung in eine Drehbewegung verwandeln.
Schülerversuch mit Elektromotor.
Permanentmagnet und eine drehbare Spule (Anker)
1. Wir schließen einen Gleichstrom an die beiden Schleifringe an. Der Anker dreht sich ein Stück und bleibt dann stehen. (Die beiden Magnete (Feldmagnet und Elektromagnet ziehen sich an. ))
Wir erkennen: Man muss die Stromrichtung umkehren.
![Page 36: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/36.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
36
Wir erkennen: Man muss die Stromrichtung umkehren.
2. Wir verwenden den Kommutator statt der Schleifringe.
Nun läuft der Motor. ( Vielleicht muss man ihn etwas anwerfen.)
Polwender bei Elektromotor
![Page 37: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/37.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
37
Wiederholung Elektromotor
![Page 38: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/38.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
38
![Page 39: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/39.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
39
![Page 40: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/40.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
40
![Page 41: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/41.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
41
Bei welcher Stellung des Ankers muss der Strom durch den Anker umgepolt werden?
![Page 42: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/42.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
42
Die Zuleitung erfolgt über Kohlebürsten. Diese sind leitend und schmieren gleichzeitig.
Im Anker befindet sich ein Weicheisenkern. Der Anker wird auch als Rotor bezeichnet, während der Feldmagnet als Stator bezeichnet wird.
Häufig wird ein Doppel-T-Anker verwendet.Für einen ruhigeren Lauf verwendet man Vierfach – T – Anker oder Trommelanker. Dementsprechend oft muss die Stromrichtung umgekehrt werden. (Kommutator wird in weitere Segmente unterteilt.
Zur Verbesserung wird der Feldmagnet als Elektromagnet ausgebildet.
![Page 43: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/43.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
43
Gleichstrommotor mit Elektromagnet
![Page 44: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/44.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
44
11.4.5.1 Der Wechselstrommotor
Dreht man im Anker die Stromrichtung um, so ändert sich die Drehrichtung des Motors. Dreht man aber gleichzeitig auch die Stromrichtung durch den Feldmagneten um, so dreht sich der Motor in dieselbe Richtung.
Das heißt, wenn wir einen Wechselstrom verwenden funktioniert der Motor auch.Dabei müssen Anker und Feldmagnet Elektro-magnete sein und vom selben Strom betrieben werden.Weil sie mit Gleich- und Wechselstrom betrieben werden können, bezeichnet man sie als Allstrommotoren.
Diese Motoren haben ein großes Anwendungsgebiet:Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge, ...
~
![Page 45: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/45.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
45
Für Motoren mit hohen Leistungen verwendet man meist andere Motoren (Drehstrommotoren).
Lies Zusammenfassung Seite 16.
Führe die Aufgaben 10.1 und 10.2 (Buch S. 16) aus!
![Page 46: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/46.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
46
11.5 Elektromagnetische Induktion
1.5.1 Prinzip der Induktion
Versuch: Leiterschaukel
Wir erinnern uns:
Auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld wirkt eine Kraft.
Ursache war der Strom. Wirkung war die Kraft.
Können wir Ursache und Wirkung vertauschen?
![Page 47: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/47.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
47
Versuch: Leiterschaukel
Statt der Batterie bauen wir ein Messgerät ein.
Bewegen wir den Leiter, zeigt das Messgerät einen Ausschlag.
Ergebnis:
Durch die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld wird eine elektrische Spannung induziert. Sie heißt Induktionsspannung, der von ihr hervorgerufene Strom Induktionsstrom.
![Page 48: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/48.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
48
Versuch:
Wir bewegen den Leiter parallel zu den magnetischen Feldlinien.
Ergebnis: Kein Ausschlag.
In einer Leiterschleife wird nur dann eine Spannung induziert, wenn sich die Anzahl der umschlossenen magnet. Feldlinien ändert.
Versuch: rascheres Bewegen des Leiters:
Die Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich die Anzahl der umschlossenen Kraftlinien ändert.
![Page 49: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/49.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
49
300W 600W 1200W
11.5.2 Induktion in einer Spule
Versuch:
Drei Spulen werden in Serie geschaltet.
Wir schieben nacheinander einen Stabmagneten in die Spule.
Induktion in Spulen
Ergebnis: Die induzierte Spannung ist umso größer,
• je größer die Anzahl der Windungen ist,
• je stärker der Magnet ist
• und je rascher der Magnet bewegt wird
![Page 50: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/50.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
50
11.5.3 Der Generator
PermanentmagnetPermanentmagnet
Schleife
Schleifringe
Abgriff über Kohlebürsten
Bei der Drehung der Schleife ändert sich die Anzahl der umschlossenen Feldlinien.
Der Zeiger des Messgeräts bewegt sich zunächst nach rechts, dann nach links; d. h. die Stromrichtung wird nach einer halben Umdrehung umgekehrt.
AnimationAnimation (Fend)
![Page 51: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/51.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
51
11.5.3.1 Wechselstromgenerator
Technischer Wechselstrom:
Pro Sekunde erreicht er 50 mal einen Höchst- und einen Tiefstwert (50Hz).Er wird in Kraftwerken durch Generatoren erzeugt, welche durch Turbinen angetrieben werden.
![Page 52: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/52.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
52
Technische Ausführung:
Da bei den Bürsten hohe Ströme auftreten würden, baut man Innenpolmaschinen. D. h. Das Magnetfeld dreht sich. Der Magnet ist meist ein Elektromagnet, der von einem Gleichstrom gespeist wird. Vergl. Gleichstromgenerator!Die Induktionsspule ist im Stator. Dadurch kann man die Spannung leichter abgreifen.
![Page 53: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/53.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
53
11.5.3.2 Der Gleichstromgenerator
Der so entstehende Strom wird pulsierender Gleichstrom genannt.
Ersetzt man beim vorigen Generator die Schleifringe durch einen Kommutator, so wird nach einer halben Umdrehung die Stromrichtung umgekehrt.
Simulation
![Page 54: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/54.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
54
Dynamoelektrisches Prinzip:
Ein kleiner Restmagnetismus reicht aus, dass eine kleine Spannung induziert wird. Der Induktionsstrom verstärkt den Magneten, größere Spannung wird induziert, größerer Strom, stärkerer Magnet ,....
Der Erfinder dieses „dynamoelektrischen Prinzips“ war Siemens 1867.
Dabei wird der Permanentmagnet durch eine Elektromagnet ersetzt.
Heute verwendet man in Kraftwerken oft Gleichrichter um den Erregererstrom für die Elektromagneten bereitzustellen.
Gleichstromgeneratoren verwendet man für die Speisung des Elektro-magneten in einem Wechselstromgenerator.
![Page 55: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/55.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
55
11.5.4 Der Dreiphasenwechselstrom
Drehstromgenerator
Lies im Buch Seite 22
![Page 56: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/56.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
56
Dreiphasenwechselstrom
![Page 57: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/57.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
57
Dreiphasenwechselstromgenerator:
3 Statorwicklungen sind gegeneinander jeweils um 120° versetzt.
L1, L2, L3 ... Phasenleiter
N ... Neutralleiter (Nullleiter)er wird meist geerdet.
In allen 3 Wicklungen wird eine Wechselspannung induziert.
![Page 58: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/58.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
58
Phasen
Die drei Wechselspannungen sind gegeneinander versetzt.
![Page 59: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/59.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
59
Dreiphasenwechselstrom
Zwischen Phase und Nullleiter haben wir in Österreich eine Spannung von 230 V.
Zwischen zwei Phasen haben wir eine Spannung von 400 V.
Mit Hilfe des Dreiphasenwechselstromes kann man sehr einfache Motoren betreiben. (Sogenannte Drehstrommotoren)
![Page 60: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/60.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
60
11.5.5 Induktion durch Elektromagnetismus
Wir haben gelernt:Für die Induktion muss sich das magnetische Feld ändern.
Versuch:
V
I II
Schließen des Schalters in I → Spannungsstoß in II
Öffnen des Schalters in I → Spannungsstoß in II
I und II sind nicht leitend verbunden.
Beim Ein und Ausschalten des Stromes in I ändert sich die Stromstärke und dadurch die Stärke des Magnetfelds, das auch die Spule II durchsetzt.Fließt ein gleichmäßiger Strom (Gleichstrom), so ändert sich das Magnetfeld nicht keine Spannung wird induziert.
![Page 61: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/61.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
61
Jede Änderung der Stromstärke in der Primärspule führt zu einer Änderung des Magnetfeldes und damit zur Induktion einer Spannung.
![Page 62: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/62.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
62
11.5.6 Die Selbstinduktion
Um eine Glimmlampe zum Leuchten zu bringen ist eine Zündspannung von ca. 170 V erforderlich.
Versuch:
1200W
Beim Einschalten leuchtet die Lampe nicht, beim Ausschalten schon.
Änderung des Spulenstroms bewirkt eine Induktionsspannung.
Da die Induktion hier in derselben Spule auftritt, spricht man von Selbstinduktion.
Anwendung bei der Zündspule für Mopeds und Autos.
![Page 63: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/63.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
63
11.5.6.1 WirbelströmeVersuch:
Bei Bewegung eines massiven leitenden Körpers in einem Magnetfeld treten Wirbelströme auf. Nach der Lenzschen Regel sind sie so gerichtet, dass die darauf wirkende Kraft die Bewegung hemmt.
Anwendung: Wirbelstrombremse in E-Motoren. Zusatzbremse bei LKWs
Unangenehme Eigenschaft: Wirbelströme führen zu starker Erwärmung. Bei Eisenkernen von Elektromagneten würde dies zur Schwächung des Magneten führen. Daher Lamellierung des Eisenkerns.
![Page 64: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/64.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
64
Führe den Schülerversuch zum Transformator durch!
11.5.7 Der Transformator und seine Anwendungen
Wir verwenden einen Wechselstrom !!!Da sich die Stromstärke dauernd ändert, wird in der Sekundärspule ständig eine Spannung induziert.
![Page 65: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/65.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
65
Führe den Schülerversuch zum Transformator durch!
11.5.7 Der Transformator und seine Anwendungen
Wir verwenden einen Wechselstrom !!!Da sich die Stromstärke dauernd ändert, wird in der Sekundärspule ständig eine Spannung induziert.
Beide Messgeräte sind auf Wechselspannung zu stellen! Messbereich 30V !!!
Eisenkern mit geschlossenem JochVersuch 1:Primärspule: N1 = 1600W Sekundärspule: N2 = 800W
![Page 66: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/66.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
66
Spannungsverhältnis: U1 : U2 = N1 : N2
Primärspannung U1 6 V 10 V 15 V
Sekundärspannung U2
Versuch 2:Primärspule: N1 = 800W Sekundärspule: N2 = 1600W
Versuch 1:Primärspule: N1 = 1600W Sekundärspule: N2 = 800W
Primärspannung U1 6 V 10 V 15 V
Sekundärspannung U2
Die Spannungen primärseitig und sekundärseitig verhalten sich wie die Windungszahlen.
![Page 67: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/67.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
67
~10V
800W / 1600W
TrafoI II
U1 UL1 U2
Wie funktioniert der Trafo?
Wenn im Primärkreis ein Wechselstrom fließt, entsteht im Eisenkern ein sich dauernd änderndes Magnetfeld. Dieses induziert in der Sekundärspule eine Spannung.
Mit Gleichstrom funktioniert also ein Trafo nicht !!!!
![Page 68: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/68.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
68
Anwendungen des Transformators:
Mit dem Trafo lassen sich also beliebige Spannungen sekundärseitig erzielen.
Bei einem guten Transformator gilt etwa:
Leistung primärseitig = Leistung sekundärseitig
sspp IUIU
Wird auf der Sekundärseite kein Strom entnommen, fließt auch primärseitig fast kein Strom.
![Page 69: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/69.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
69
Versuch:
~12V
1600W / 800W
TrafoI II
U1 UL1
A
1 2
Ergebnis: Schließt man im Sekundärkreis Verbraucher an, steigt die Stromstärke auch im Primärkreis. Je heller die Lämpchen in II leuchten, desto höher die Stromstärke in I.
![Page 70: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/70.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
70
Schweisstrafo
~220V
600W / 5W
Trafo
Nagel
Primärseitig viele Windungen.Sekundärseitig: Wenig, aber dicke Windungen.Die Stromstärke im Sekundärkreis ist sehr hoch.
Rechne mit der Leistungsformel nach!
Ergebnis: Der Nagel kommt zum Glühen und schmilzt dann durch.
![Page 71: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/71.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
71
Induktionsofen.
Versuch mit der Schmelzrinne:
230VWasser
600 W
Die Schmelzrinne kann als eine Windung aufgefasst werden. Die Spannung ist sehr klein, daher I sehr groß.
Modell des Elektroschmelzofens.
![Page 72: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/72.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
72
Prinzip des Hörnerblitzableiters:
Es lassen sich auch sehr hohe Spannungen herstellen.
~220V
500W / 10000W
Trafo
Bringt man die beiden Hörner nahe zueinander, bildet sich ein Funken der nach oben klettert und abreißt.
Stellt man Kerze unter die engste Stelle, so bildet sich bereits bei größerem Abstand ein Funken.Auf diesem Prinzip beruht der Hörnerblitzableiter.
![Page 73: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/73.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
73
Anwendung bei Freileitungen. Ein Horn geerdet, das andere am Leiterseil angeschlossen. Bei einem Blitzschlag (Überspannung) springt ein Funke über. Dadurch wird die überschüssige Ladung zur Erde abgeleitet.
Hohe Spannungen benötigt man auch bei Fernsehröhren, Röntgenapparaten. Dort verwendet man Hochspannungstrafos.
![Page 74: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/74.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
74
Anwendungen des Transformators:
Versuch: Lange Leitung
Die beiden Widerstände simulieren den Leitungswiderstand
Ergebnis:
Der Hochspannungstrafo
~230V
10k
Lange Leitung
~230V
10k
Lange Leitung500W / 10000W 10000W / 500W
Trafo Trafo
Ergebnis:
Die Lampe leuchtet nicht.
Die Lampe leuchtet.
![Page 75: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/75.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
75
Berechne jeweils die Stromstärke, wenn die Leistung gleich bleibt!
Spannung U Stromstärke I Leistung P=U∙I
Kraftwerk 10 kV 1000 A
Hochspan-nungstrafo
200 kV "
Umspannwerk 20 kV "
Ortstrafo 230 V "
Spannung U Stromstärke I Leistung P=U∙I
Kraftwerk 10 kV 1000 A 10 MW
Hochspan-nungstrafo
200 kV 50 A "
Umspannwerk 20 kV 500 A "
Ortstrafo 230 V 43478 A "
![Page 76: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/76.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
76
In Fernleitungen wird die elektrische Energie bei hohen Spannungen und verhältnismäßig geringen Stromstärken übertragen.
![Page 77: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/77.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
77
11.5.8 Stromversorgung
Arbeite die Arbeitsblätter „Vom Kraftwerk zum Verbraucher“ durch!
![Page 78: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/78.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
78
11.5.9 Sicherheitsmaßnahmen,
Arbeite die Arbeitsblätter „Sicherheit im Haushalt“ durch!
![Page 79: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/79.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
79
![Page 80: Kapitel 11 Elektrizität und Magnetismus](https://reader036.fdokument.com/reader036/viewer/2022081417/5681470f550346895db446d9/html5/thumbnails/80.jpg)
Kap.11 Elektrizität und Magentismus
80
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem111.htm
Wechselstromgenerator
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem003.htm
Zur Leiterschaukel:
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem105.htmPolwender bei Elektromotor
http://www.zum.de/dwu/depotan/apem110.htmInduktion verschiedene Spulen