Physik – Energieversorgung – Transformator: Stromstärke ändern

Transformator: Stromstärke ändern

Versuchsvideo (mit Ton)

Übungen

Übung 1

Übung 2

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 den Einfluss eines Transformators auf die Stromstärke an der Induktionsspule beschreiben.

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

Materialliste

je Versuchsgruppe:

• 4 Experimentierkabel, blau, 10 cm
• 2 Experimentierkabel, blau, 25 cm
• Experimentierkabel, blau, 50 cm
• Fassung E 10, auf Sockel
• Glühlampe, E10 / 12 V / 0,25 A
• Hebel-Schalter, einpolig, auf Sockel
• U-Kern mit I-Kern und Halteschraube
• 2 Spulen mit 300/600 Windungen
• 2 Demonstrations-Digital-Multimeter
• Stromversorgungsgerät, 2 bis 12 V/5 A

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Hinweise zur Vorbereitung

Der Versuch kann auch mit anderen Windungszahlen der Spulen durchgeführt werden. Beachten Sie bei der Auswahl, dass die Spannung bzw. Stromstärke im Trafo (je nach Wahl der Spulenkombinationen) nach oben transformiert wird. Spannungen über 25 V an der Induktionsseite sind aus Sicherheitsgründen zwingend zu vermeiden. Die im Versuch verwendeten Experimentierkabel sind zudem nur für Spannungen bis 12 V zugelassen. Beachten Sie außerdem, dass die Stromstärke im Trafo erhöht wird, wenn die Spannung verringert wird.

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 auf die Sicherheit beim Experimentieren in hohem Maße zu achten. Teilen Sie den Lernenden mit, dass erst experimentiert werden darf, wenn die Schaltung von der Lehrkraft kontrolliert worden ist. Die Stromstärke sollte in diesem Experiment nach unten transformiert werden. Dies ist der Fall, wenn die Windungszahl an der Induktionsseite höher ist als die Windungszahl an der Feldseite. In diesem Fall wird jedoch gleichzeitig die Spannung erhöht. Arbeiten sie daher nur mit möglichst geringen Spannungen auf der Feldseite. Die Spannung am Netzgerät darf bei der im Video gewählten Spulenkombination 6 V nicht übersteigen.

Der Auf-, Ab- und Umbau darf nur im spannungsfreien Zustand erfolgen.

Sollten nicht ausreichend Materialien in der Schule vorhanden sein, können die Beobachtungen auch anhand eines Demonstrationsexperiments oder anhand des Experimentalvideos gemacht werden. 

Hinweise zur Auswertung

Zur Auswertung steht die Protokollvorlage zur Verfügung. Die Satzanfänge unterstützen bei der Formulierung der Beobachtungen.

Auf eine Analyse der Messwerte wird in diesem Experiment verzichtet. Wenn dies dennoch gewünscht ist, kann die Kopiervorlage genutzt werden. In dieser Kopiervorlage werden ausgehend von dem vorgegebenen Zusammenhang zwischen den Stromstärken und Windungszahlen Vorhersagen für die Stromstärke an der Feldseite getroffen. Grenzen des Zusammenhangs werden thematisiert.

Downloads

(jeweils editierbare Worddateien)

Autor: Dr. Alexander Küpper