Transformatoren und die Magie der Elektrizität

Nein, in der nächsten Artikelserie geht es nicht um diese gigantischen, sprechenden und transformierenden Tötungsmaschinen, mit denen Kinder gerne spielen. Sprechen wir über die Art, ohne die Erwachsene einfach nicht leben können.

Sie haben wahrscheinlich irgendwann den Begriff “elektrischer Transformator” gehört, sind sich aber möglicherweise nicht ganz sicher, was er bedeutet. Die meisten merken nicht, dass sie sie ständig benutzen, etwa wenn sie ihren Handy-Akku aufladen. Diese kleine Blackbox, die an eine Steckdose angeschlossen wird, ist eine davon. Sie erfüllen die wichtige Aufgabe, beispielsweise die 120-Volt-Stromversorgung der Steckdosen Ihres Hauses auf ein niedrigeres Spannungsniveau zu reduzieren. 12 Volt, die von kleinen elektronischen Geräten verwendet werden können. Bevor wir jedoch erklären, wie dieser Reduktionsprozess funktioniert, müssen wir die Magnete verstehen.

Magnete, diese wunderbaren Kuriositäten, die Sie als Kind hypnotisierten und Sie stundenlang damit beschäftigten, Nägel und Büroklammern zu sammeln, haben viele praktische Anwendungen, obwohl sie bis Anfang 19 nur als lustige Neuheiten galten.th Jahrhundert. Zu diesem Zeitpunkt untersuchte ein französischer Wissenschaftler namens André-Marie Ampére die Beziehung zwischen Magnetismus und Elektrizität. Was er fand, war, dass ein elektrischer Strom, der durch einen Draht fließt, sich in einen Magneten verwandelt.

Amperes Arbeit wurde später vom britischen Wissenschaftler Michael Faraday entwickelt. Er entdeckte, dass der durch den Draht fließende elektrische Strom magnetische Flusslinien erzeugt, die den Draht umgeben, wie in Abbildung 1 (a) gezeigt. Faraday entdeckte auch, dass Sie einen elektrischen Strom im Draht erzeugen können, wenn Sie einen Magneten in der Nähe eines Drahtes hin und her bewegen, wie in Abbildung 1 (b) gezeigt.

Abbildung 1 – Beziehungen zwischen Elektrizität und Magnetismus

Warum ist das passiert? Nun, Magnete funktionieren so, wie sie es tun, weil sie einen magnetischen Nord- (N) und Südpol (S) haben und sich die Magnetflusslinien von einem Pol zum anderen erstrecken. Tatsächlich können Sie diese Flusslinien sehen, wenn Sie Eisenspäne zwischen den Polen verteilen. Die Eisenspäne werden vom Magneten angezogen und richten sich entlang der Linien aus, wie in Abbildung 2 gezeigt. Wenn sich die Flusslinien durch den Draht bewegen, induzieren sie darin elektrischen Strom. Solange Sie den Magneten hin und her bewegen, verlaufen die Flusslinien weiter durch den Draht und der Strom fließt weiter. Wenn sich der Magnet nicht mehr bewegt, stoppt auch der Strom im Draht.

Abbildung 2: Eisenspäne entlang magnetischer Flusslinien ausgerichtet

Faraday begann bald mit gewickelten Drähten und Eisenstangen zu experimentieren. Ich wollte sehen, wie sich elektrischer Strom, der durch einen gewickelten Draht fließt, auf einen anderen gewickelten Draht in der Nähe auswirkt. Der grundlegende Versuchsaufbau ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 – Michael Faraday-Experiment

Faradays Experiment bestand aus zwei isolierten Kabeln, die jeweils um eine Eisenstange gewickelt waren. Der erste gewickelte Draht ging zu einer Batterie und dann zu einem Schalter. Der Schalter ermöglichte es Faraday, die Batterie während seiner Experimente von der ersten Spule zu trennen und zu trennen. Der zweite gewickelte Draht wurde an ein Instrument angeschlossen, das als Galvanometer bezeichnet wird und die durch den Draht fließende Elektrizitätsmenge misst.

Als der Schalter geschlossen wurde und die erste Spule an die Batterie angeschlossen wurde, bemerkte Faraday, dass sich die Indikatornadel am Galvanometer bewegte und dann auf Null zurückkehrte. Irgendwie verursachte der Strom, der von der Batterie zur ersten Spule floss, einen elektrischen Strom, der vorübergehend in der zweiten Spule floss. Aber wie fließt Strom von einer Spule zur anderen, wenn sie nicht angeschlossen sind? So ist es nicht. Was tatsächlich passiert, wird als “elektromagnetische Induktion” bezeichnet.

Faradays Experiment ließ ihn schließen, dass der durch die erste Spule fließende Strom magnetische Flusslinien in dem Eisenstab bildete, an dem beide Spiraldrähte befestigt waren. Wenn der Schalter geschlossen war, nahmen die Magnetflusslinien an Intensität zu, bis sie einen Strom in der zweiten Spule induzierten. Als der Magnetfluss jedoch seine maximale Intensität erreichte und auf seiner maximalen Intensität blieb, hörte der induzierte Strom in der zweiten Spule auf zu fließen. Faradays anfängliche Verwirrung über den Stand der Dinge verwandelte sich bald in Eureka! Zeit der Entdeckung und konnte schließen, dass Strom in der zweiten Spule nur fließen wird, wenn die magnetischen Flusslinien in der Intensität schwanken.

Nächste Woche werden wir sehen, wie ein unentdeckter junger Erfinder die Ergebnisse von Faradays Experiment nutzte, um den ersten elektrischen Transformator zu bauen.

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