Spule bei Gleichspannung Aufgabe

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Hallo, könnte mir jemand sagen, ob meine Lösungen richtig sind?

U2=230V
I2=2,61V
I1=5,22V

(P.S. In der Lösung steht für I2 auch 5,22V)

Und bei a ist es doch U1/U2=N1/n2 bzw. I1/I2=N24/n1
Aber welche Bedingungen müssen für die Gleichungen erfüllt sein?

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Die Zahlenwerte sind richtig, aber
- Wie lautet die Maßeinheit für die Stromstärke?
- Entgegen dem Titel deiner Frage arbeiten Transformatoren nur mit Wechselspannung, nicht mit Gleichspannung! Lehrer

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Ach, natürlich Amper.
Und ja, da hab ich mich vertan.
Welche Bedingungen müssen dafür gelten?

P.S. Ich wollte nämlich ursprünglich etwas zu einer anderen Aufgabe fragen.
(Vgl. Anhang).
Hier versucht doch die Spule die Spannung aufrecht zu erhalten.
Das Magnetfeld der Spule bricht nach und nach zusammen und eine Spannung wird induziert.
Diese induzierte Spannung ist aber nicht größer als die der Spannungsquelle (6V).
Wäre das so richtig?

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Doch die Spannung kann größer werden! Durch das Öffnen des Schalters wird der Strom ja augenblicklich unterbrochen und das Magnetfeld ändert sich sehr schnell (und nicht nach und nach). Weil der geöffnete Schalter einen quasi unendlich hohen Widerstand darstellt, kann die Spannung so hoch werden, daß es zu einem Funken am Schalter kommt. (Siehe z. B. die Funken in mechanischen Klingeln, also solche mit einem "Wagnerschen Hammer")
Wenn Spulen (Elektromagnete, Relais) mit elektronischen Schaltungen geschaltet werden, müssen Maßnahmen ergriffen werden, daß die elektronischen Bauteile durch die beim Ausschalten entstehende hohe Induktionsspannung nicht beschädigt werden ("Freilaufdiode").

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Aber was sagt dann die Formel hier?
U(t)=U*e^(-R/L*t)
Der Ausdruck nach dem U kann doch höchstens 1 werden?

Oder geht man hier davon aus, dass das Ausschalten "langsam" geschieht?

Was würde dann bei der unteren Schaltung passieren, wenn man den Schalter nach dem Schließen wieder öffnet?
Hier gilt doch die obere Formel, oder etwa nicht?
Was ist also der Unterschied zwischen der Schaltung und der im vorherigen Beitrag?

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Im oberen Bild soll wohl die Spannungsquelle abgeschaltet werden und - idealisiert! - im selben Moment der Stromkreis über den Wiederstand wieder geschlossen werden. Dann wird die Spannung auch nicht größer. (Ein- und Ausschaltvorgang an einer Spule)

Wenn aber der Stromkreis einfach geöffnet und der Stromfluß unterbrochen wird, steigt die Spannung an der Spule auf sehr hohe Werte.

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Mal noch eine Ergänzung:

Die von dir angegebene Formel
U(t)=U*e^(-R/L*t)
gibt an, nach welcher Funktion die Spannung an der Spule abnimmt.
Die (Selbst-) Induktionsspannung will ja nach dem Lenzschen Gesetz den Strom durch die Spule weiterfließen lassen. Wenn aber kein Stromfluß möglich ist, da der Stromkreis durch den Schalter unterbrochen ist, kann diese Spannung sehr hoch werden. Das wäre U in deiner Formel, und diese Spannung kann dann auch höher als die ursprüngliche Betriebsspannung sein.
Die Induktionsspannung hängt ab von der Induktivität und der Geschwindigkeit der Änderung des Magnetfeldes. Letztere ist aber beim Öffnen des Stromkreises und Unterbrechen des Stromflusses sehr groß!
Wenn, wie in deinem Versuch aus der ersten Skizze, der Stromkreis geschlossen bleibt und nur die Spannungsquelle abgetrennt wird, kann ja ein Induktionsstrom fließen, wodurch das Magnetfeld relativ langsam (ein paar Zehntelsekunden sind dann schon langsam gegenüber einem gänzlichen Abschalten) abnimmt und die Spannung auch nicht größer als die Betriebsspannung wird.
(Bitte entschuldige den Bandwurmsatz! Augenzwinkern

)

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Ok, also kann man in die Formel für U nur die Spannung der Spannungsquelle einsetzen, wenn diese vor dem Öffnen des Schaltest entfernt wird und der Stromkreis wieder geschlossen wird. Jetzt kann nämlich noch ein Strom im Kreis fließen. D.h. die Stromänderung ist relativ, nicht so stark, sodass sich keine höhere Induktionsspannung aufbaut.

Wenn der Schalter einfach geöffnet wird, kann kein Strom mehr fließen--> die Stromänderung ist riesig und damit auch die Induzierte Spannnung in der Spule.

Aber wie ist das dann in der als erstes von mir geposteten Schaltung.
Hier wird ja nur der Schalter umgelegt. Nun kann der Strom immernoch im Kreis fließen (er wird nicht schlagartig unterbrochen). Warum tritt da dann so eine Höhe Spannung auf?
Sicherlich, man könnte sagen, dass er durch den hohen ohmschen Widerstand fließen muss, aber da hat er ja vorher auch durchfließen müssen. grübelnd

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Bei der obersten Schaltung haben mich gestern schon die eingezeichneten Schalterstellungen etwas verwirrt. Im Fall "Spule liegt an der Spannungsquelle" sind die Kontakte links und rechts verbunden, im Fall "Induktionsstrom fließt über den Widerstand" müssen dann aber die Kontakte rechts und unten verbunden sein. Dann ist der Stromkreis geschlossen, der Induktionsstrom kann fließen und es gibt auch keine höhere Spannung. (Der gemeinsam Kontakt eines Umschalters wäre also der rechts oben!)
(Wir gehen stillschweigend davon aus, daß das Umschalten bzw. Abtrennen der Spannungsquelle und das Schließen des Stromkreises für den Induktionsstrom gleichzeitig erfolgt. Bei einem realen Schalter würde es vielleicht doch einen Funken geben. )

So wie es gezeichnet ist, wäre ja im zweiten Fall die Spannungsquelle kurzgeschlossen und der Stromkreis geöffnet! Deshalb hatte ich geschrieben, die Spannung sei höher...

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Ok, also wäre meine erste Vermutung mit der Spannung, die nicht höher wird richtig?
Denn der Strom kann ja beim Umschalten des Schalters weiter fließen.
Würde der Schalter aber langsamer (nicht sofort) den unteren Kontakt erreichen, könnte kein Strom fließen-->Spannung hoch.

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Aber bei der 2. Schaltung wird die Spannung dann definitiv höher, da ja der Stromfluss abrupt unterbrochen wird.
Wäre diese Annahme richtig?

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Genau!

aaabbb · Anmeldungsdatum: 26.09.2013 Beiträge: 509

Ok, danke dir Augenzwinkern