Transformatoren: AC macht den Trick

Wenn Sie den Film gesehen haben Das Prestige, Sie wissen, wie “kompliziert” Elektrizität sein kann, und wenn Sie sie noch nicht gesehen haben, haben Sie noch keinen großartigen Film gesehen. Darin nutzt Hugh Jackman die magischen Eigenschaften von Elektrizität, um einen Zaubertrick auszuführen, den die Welt noch nie gesehen hat. Aber das ist alles, was ich dazu sagen werde … schau dir den Film an.

1886 dachte ein junger amerikanischer Erfinder namens William Stanley ernsthaft über Michael Faraday, den britischen Wissenschaftler, den wir letzte Woche vorgestellt hatten, und seine Arbeit mit Elektrizität und Magnetismus nach. Stanley fand heraus, wie man alles zusammensetzt. Das Ergebnis war der weltweit erste elektrische Transformator.

Was hat Stanleys Neugier geweckt? Wie die meisten guten Erfinder spürte er ein Bedürfnis und versuchte es zu befriedigen. Zu der Zeit entwickelte George Westinghouse sein Wechselstromnetz, das gleiche Grundsystem, das wir heute verwenden. Als Chefingenieur von Westinghouse wurde Stanley beauftragt, einen Weg zu finden, um die Spannungspegel in einem Wechselstromnetz effizient zu ändern. Die industrielle Revolution war in vollem Gange und für verschiedene industrielle Zwecke mussten Fabriken mit anderen Spannungsniveaus betrieben werden als die von Westinghouse-Generatoren produzierten.

Stanley näherte sich der vor ihm liegenden Aufgabe mit dem Wissen, das Faradays Experimente lieferten. Er wusste, dass Faraday Strom durch einen Draht fließen lassen konnte, indem er einen Magneten in seiner Nähe hin und her bewegte. Dieses Phänomen trat auf, weil die Magnetflusslinien mit der Zeit in Bezug auf den Draht durch die Bewegung des Magneten variierten. Stanley war sich der Wechselwirkungen des Wechselstroms bewusst, wie er sich in Intensität und Richtung ändert, und konnte daraus schließen, dass jede magnetische Flusslinie, die durch Wechselstrom erzeugt wird, der durch einen gewickelten Draht fließt, auch dazu neigt, sich im Laufe der Zeit zu ändern. Mit diesem Wissen ausgestattet, ersetzte Stanley die in Faradays Experiment verwendete Gleichstrombatterie durch einen Wechselstromgenerator. Diese geänderte Konfiguration ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 – Modifiziertes Faraday-Experiment mit einer Wechselstromversorgung

In der modifizierten Konfiguration ist der Schalter geschlossen, wodurch der Wechselstrom durch den ersten gewickelten Draht fließt, um Magnetflusslinien im Eisenstab zu erzeugen. Diese Flusslinien variieren kontinuierlich und induzieren daher einen Wechselstromfluss in der zweiten Spule. Die Aktion, die stattfindet, wird ordnungsgemäß durch eine Galvanometernadel registriert, die in Bewegung gehalten wird, während der Schalter geschlossen bleibt.

Stanley wusste auch, dass die im zweiten gewickelten Draht erzeugte Spannung davon abhängt, wie viele Windungen oder Drahtschleifen darin vorhanden sind, verglichen mit der Anzahl der Drahtwindungen in der ersten Spule. Er machte die Beobachtung, dass bei weniger Windungen im zweiten Spiraldraht im Vergleich zum ersten auch weniger Spannung vom zweiten Spiraldraht abgegeben würde. Dies zeigt das Phänomen der Spannungsänderung in Bezug auf die Versorgung der ersten Spule durch den Wechselstromgenerator.

Zusammengenommen konnte Stanley den ersten praktischen elektrischen Transformator entwickeln, dessen grundlegendes Design in Abbildung 2 dargestellt ist. Hier sehen wir, dass der Eisenstab aus Faradays Experiment durch einen Eisentransformatorkern ersetzt wurde, der einem Donut ähnelt. Quadrat.

Abbildung 2 – Ein grundlegender elektrischer Transformator

Das nächste Mal werden wir uns mit der Mathematik hinter dieser Diskussion befassen und sehen, wie Stanleys Transformator funktioniert.

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