Technische Anwendungen des Transformators
Ein Transformator besteht aus zwei Spulen, die gemeinsam über einen geschlossenes Eisenkern angebracht sind. Da das Transformatorprinzip auf der elektromagnetischen Induktion bei ruhendem Leiter beruht, muss für einen fortlaufenden Betrieb das Magnetfeld im Primärkreis ständig geändert werden, damit ständig eine Spannung im Sekundärkreis induziert wird. Dies erreicht man üblicherweise mit Hilfe einer Wechselspannung.
Hochspannungstrafo
Von einem Hochspannungstrafo spricht man, wenn die Windungszahl auf der Primärseite sehr viel kleiner ist als auf der Sekundärseite. Dann verhalten sich die Spannungen in den Kreisen wie die Windungszahlen (Spannungsübersetzung).Up : Us = Np : Ns
Wir können also die Netzspannung (230V, 50Hz) auf "beliebige" Werte hochtransformieren, wenn man über Spulen mit geeigneten Windungszahlen verfügt. Dies benutzen wir, um bei einem Experiment mal so richtig die Funken fliegen zu lassen.
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Vorsicht bei Transformatoren - "ungesicherte" Hochspannung!
Leider entsteht beim obigen Versuch kein dauerhaftes Lichtschauspiel, sondern der Experimentator muss immer wieder die Hörnerelektroden entfernen, um den der Ketterfunken zum hochsteigen zu bewegen. Ist dieser abgerissen, müssen die Elektroden wieder einander angenähert werden, damit sich erneut ein Funkenüberschlag ausbildet. Ein kleiner Trick im nächsten Versuch schafft Abhilfe.
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Hochspannungstransformatoren die Funkenstrecken in der Luft überbrücken, finden beispielsweise bei der Zündkerze im Ottomotor Anwendung. Auch die Funkübertragung (Rundfunk) verdankt ihren Namen dem Funkenstreckensender von Nikola Tesla (1856-1943), mit dem zum ersten Mal die drahtlose Übertragung von Signalen gelang.
Hochstromtrafo
Für den idealen belasteten Transformator gilt, dass die Ströme I in Primär- p und Sekundärkreis s umgekehrt wie die Windungszahlen N der Spulen verhalten. Man spricht dann von einem belasteten Transformator, wenn auf der Sekundärseite Energie entnommen wird.Is : Ip = Np : Ns
Hat man auf der Primärseite im Vergleich zur Sekundärseite eine Spule mit großer Windungszahl, so fließt im Sekundärkreis ein großer Strom. Diesen kann man beispielsweise zum Erhitzen benutzen. Im folgenden Experiment ist ein Nagel auf der Sekundärseite in den Stromkreis eingespannt, so dass der gesammte Strom im Sekundärkreis durch ihn fließt
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Neben dem Schmelzen von Metallen kann man mit Hochstromtrafos auch elektrisch schweißen.
Beim Transport von elektrischer Energie über große Entfernungen sorgt eine Kombination zweier entgegengesetzt gleicher Transformatorenpaare für besondere Wirtschaftlichkeit. Dazu wird zuerst die Spannung am Ort der Energieerzeugung hochtransformiert und dann am Ort des Endverbrauchers wieder heruntertransformiert.
Zusammenfassung
Mit Transformatoren können vergleichsweise kleine Wechselspannungen in große umgesetzt oder kleine Wechselströme in große umgewandelt werden. Die auf der Sekundärseite entnommene Energie ist aber stets kleiner als die auf der Primärseite investierte.
