Transformator: Spannung ändern
Versuchsvideo (mit Ton)
Übungen
Übung 1
Autor: Cornelsen/Inhouse
Übung 2
Autor: Cornelsen/Inhouse, Bilder: Cornelsen/Inhouse, Vorlage: Cornelsen/Götze
Für Lehrkräfte
| Unterrichtsthema | Transformator |
| Klassenstufen | 8 bis 10 |
| Wer experimentiert? | Schülerinnen und Schüler im Unterricht in Partner- oder Gruppenarbeit |
| Ziele und Kompetenzen | Die Schülerinnen und Schüler können:
|
Vorausgesetzte Kompetenzen
Die Schülerinnen und Schüler können
- erklären, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter bzw. um eine stromdurchflossene Spule ein Magnetfeld bildet.
- erklären, dass eine Magnetfeldänderung in einer zweiten Spule zur Induktion einer Spannung führt.
- Schaltungen sicher aufbauen.
- Quotienten von Messdaten mit dem Taschenrechner berechnen.
Materialliste
je Versuchsgruppe:
- Spule mit 1200 Windungen
- 2 Spulen mit 600/300 Windungen
- 2 Demonstrations-Digital-Multimeter
- Stromversorgungsgerät, 2 bis 12 V/5 A
- U-Kern mit I-Kern und Halteschraube
- 2 Experimentierkabel, blau, 50 cm
- 4 Experimentierkabel, blau, 25 cm
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Hinweise zur Vorbereitung
Der Versuch kann auch mit Spulen mit anderen Windungszahlen durchgeführt werden. Beachten Sie bei der Auswahl, dass die Ausgangsspannung im Transformator je nach Spulenkombination nach oben transformiert wird und beispielsweise bei den im Video gewählten Spulen an der Induktionsspule das Vierfache der Ausgangsspannung erreicht wird. Spannungen über 25 V sind generell aus Sicherheitsgründen zwingend zu vermeiden. Die im Versuch verwendeten Spulen sind zudem nur für Spannungen bis 12 V zugelassen. Passen Sie gegebenenfalls die Spannung an der Feldseite an.
Die Lehrkraft sollte der Versuch mit den in der Schule vorhandenen Materialien vorab testen und die Materialien sollten auf einem Rollwagen übersichtlich zur Verfügung gestellt werden.
Hinweise zur Durchführung im Unterricht
Der Versuch kann sowohl als Schüler- als auch als Demonstrationsexperiment durchgeführt werden. Aufgrund des explorativen Charakters ist jedoch ein Schülerexperiment vorzuziehen.
Dabei ist in hohem Maß auf die Sicherheit beim Experimentieren zu achten. Teilen Sie den Lernenden mit, dass erst experimentiert werden darf, wenn die Schaltung von der Lehrkraft kontrolliert worden ist. Eine höhere Sicherheit wird erreicht, wenn die Windungszahl der Spule auf der Induktionsseite geringer ist als die Windungszahl der Spule auf der Feldseite. In diesem Fall wird die Spannung herabtransformiert. Arbeiten sie in jedem Fall nur mit sehr geringen Spannungen auf der Feldseite. Der Auf-, Ab- und Umbau darf nur im spannungsfreien Zustand erfolgen.
Sollten nicht ausreichend Materialien in der Schule vorhanden sein, können die Beobachtungen alternativ auch anhand eines Demonstrationsexperiments oder anhand des Experimentalvideos gemacht werden. Da im Experimentalvideo von den Schülerinnen und Schülern vor- und zurückgespult werden kann, ist dies einem Demonstrationsexperiment vorzuziehen. Auf diese Weise können auch die Messwerte besser abgelesen werden.
Hinweise zur Auswertung
Zur Auswertung steht die Protokollvorlage zur Verfügung. Insbesondere dient die Tabelle in ebendieser Vorlage dazu die Messwerte übersichtlich darzustellen und zu analysieren. Die Satzanfänge unterstützen bei der Formulierung der Beobachtungen.
Aus den Messwerten kann von den Lernenden die Transformatorgleichung
$$\frac{N_{IND}}{N_{FELD}}\ = \frac{U_{IND}}{U_{FELD}} $$
erarbeitet werden. Dabei sind in der Tabelle die Quotienten bereits vorgegeben, um die Schülerinnen und Schüler beim Finden der Gleichung zu unterstützen.
|
$$N_{FELD}$$ |
$$N_{IND}$$ | $$U_{FELD}$$ | $$U_{IND}$$ |
$$\frac{N_{IND}}{N_{FELD}}$$
|
$$\frac{U_{IND}}{U_{FELD}}$$ |
|
1200 |
600 |
2,6 V |
1,3 V |
0,5 |
0,5 |
|
1200 |
300 |
2,7 V |
0,6 V |
0,22 |
0,25 |
|
600 |
300 |
2,7 V |
1,3 V |
0,5 |
0,48 |
|
600 |
1200 |
2,6 V |
5,1 V |
2 |
1,96 |
|
300 |
1200 |
2,6 V |
10,3 V |
4 |
3,96 |
|
300 |
600 |
2,6 V |
5,1 V |
2 |
1,96 |
|
300 |
600 |
2,6 V |
1,9 V* |
2 |
0,73* |
*ohne geschlossenen Eisenkern
Downloads
(jeweils editierbare Worddateien)
Autor: Dr. Alexander Küpper