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E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 20. Vorlesung – 28.06.2018
28.06.2018
Heute: - Wechselstrom - Transformatoren - Leistungsverluste - R, L, C im Wechselstromkreis
Prof. Dr. Jan Lipfert 1
https://xkcd.com/2006/
Prof. Dr. Jan Lipfert [email protected]
Barlow-Rad Telefon nach Bell
Wiederholung: Magnetischer Fluss & Faradaysches Induktionsgesetz
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 2
https://de.wikipedia.org/wiki/Michael_Faraday
Michael Faraday (1791-1867)
Induktionsgesetz: Eine Änderungen des magnetischen Flusses ΦB erzeugt eine Spannung (Michael Faraday, 1831):
Uind =
I~E · d~s = �d�B
dt= � d
dt
Z~B · d ~A
Lenzsche Regel: Der induzierte Strom erzeugt ein Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld entgegenwirkt.
Heinrich Friedrich Emil Lenz
(1804 - 1865)
https://de.wikipedia.org/wiki/Emil_Lenz
�B =
Z~B · d ~AMagnetischer
Fluss: [�B ] = T ·m2
PINGO: Induktion
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 3
Die Abbildung zeigt vier Leiterschleifen mit Kantenlängen L bzw. 2L. Sie werden alle mit identischer konstanter Geschwindigkeit in den Bereich eines homogenen Magnetfeldes (das in die Tafelebene zeigt) bewegt. Ordnen Sie die vier Schleifen nach dem Maximalwert der induzierten Spannung (größte zuerst). Abstimmen unter pingo.upb.de! A) c, b=d, a B) a, b=d, c C) c=d, a=b D) a=d, b=c
a b c d x x x x
x x x x
x x x x
x x x x
B-Feld
x x x x
Wiederholung: Induktivität und RL-Kreis
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 4
Induktivität bezeichnet die Eigenschaft eines Leiters (bzw. Spule) aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufzubauen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Joseph_Henry
Joseph Henry (1797-1878)
Induktivität einer Zylinderspule:
Uind = �LI
RL-Kreis
U0 �R · I � L · I = 0
⌧ =L
R
I(t) =U0
R(1� e�t/⌧ ) UL(t) = U0e
�t/⌧
PINGO: Spule im Stromkreis
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 5
Abstimmen unter pingo.upb.de! A) 1,2,3 B) 3,2,1 C) 2,3,1 D) 1,3,2
Oben sehen Sie drei Schaltkreise mit identischen Widerständen, Induktivitäten und Batterien. Ordnen Sie die Schaltkreise in absteigender Reihenfolge nach dem Strom durch die Batterie direkt nach dem Schließen des Schalters.
1 2 3
PINGO: Spule im Stromkreis
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 6
Abstimmen unter pingo.upb.de! A) 1,2,3 B) 3,2,1 C) 2,3,1 D) 1,3,2
Oben sehen Sie drei Schaltkreise mit identischen Widerständen, Induktivitäten und Batterien. Ordnen Sie die Schaltkreise in absteigender Reihenfolge nach dem Strom durch die Batterie lange Zeit nach dem Schließen des Schalters.
1 2 3
Wiederholung: Wechselstrom, Elektromotor, Generator
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 7
Elektromotor mit Kommutator
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 8
Momentan-Leistung: Gemittelte Leistung: Effektiv-Werte:
0 1 2 3 4 5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
Vol
tage
U [a
.u.]
Time t [a.u.]
https://de.wikipedia.org/wiki/Steckdose
Netzspannung: 230 V Netzfrequenz: 50 Hz
Wechselstromtechnik
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 9
https://de.wikipedia.org/wiki/Windpark http://www.kisdorf.de/Gemeinde/Geschichte/Elektrizitaet/el_strom.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leitung
Leitungsverluste:
Leitungsverluste
Der Transformator
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 10
https://de.wikipedia.org/wiki/Transformator
Transformator: N1 und N2
Ströme im Transformator
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 11
Hochstromtransformator („Schweisstrafo“)
Hochspannungstransformator („Hörnerblitze“)
Transformatoren - Stromübertragung
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 12
https://de.wikipedia.org/wiki/Windpark
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrische_Leitung
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/0/08/Mielew3240.jpg
Überlandleitung
Wechselstrom und Widerstand
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 13
Was ist der Widerstand eines Kondensators bzw. einer Spule im Wechselstromkreis? Ein Strommessgerät misst geleistete elektrische Arbeit:
Ohmscher Widerstand
Wechselstromzähler https://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_meter
Kondensator Spule
~ ~ ~
PINGO: Leistung im Wechselstromkreis
28.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 14
In welchem Stromkreis wird (bei gleichem Strom und gleicher Spannung) die größte Leistung verbraucht? Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Stromkreis mit R B) Stromkreis mit C C) Stromkreis mit L D) Alle gleich.
Blindleistung R, C, L
