In diesem Kapitel werden wir zwei neue Bauteile kennenlernen und zwar die Spule (links) und den Transformator (rechts).

Sobald durch einen Draht ein elektrischer Strom fließt, entsteht ein magnetisches Feld, das den Draht wie einen Mantel umgibt. Wickelt man diesen Draht beispielsweise auf eine leere Kugelschreiberhülle, eine Windung neben der anderen, so verstärkt sich das Magnetfeld. Die Stärke des magnetischen Feldes hängt dabei von den folgenden Faktoren ab:

Die Stromstärke

Je größer der Strom ist, der die Spule durchfließt, umso größer das magnetische Feld.

Die Windungsanzahl

Je mehr Windungen, die Spule aufweist, umso größer das magnetische Feld.

Die Bauform

Je enger die einzelnen Windungen nebeneinanderliegen, umso größer das magnetische Feld.

Das Innere einer Spule

Bei einer Luftspule ist die Feldstärke relativ gering, da Luft kein sehr guter magnetischer Leiter ist. Wickelt man die Spule hingegen auf einen Eisenkern, so erhöht sich das magnetische Feld um ein Vielfaches.

Mit einer Spule können wir ein magnetisches Feld erzeugen, indem wir an den Drahtenden der Spule eine Spannung anlegen und somit einen Stromfluß ermöglichen. Dieses Magnetfeld bildet an den Enden der Spule einen magnetischen Nord- sowie einen Südpol, genauso wie bei einem Permanentmagneten. Bei einer Spule können wir das Magnetfeld umkehren, indem wir den Stromfluß durch die Spule umkehren. Verwenden wir dazu eine Wechselspannung, so geschieht dieser Magnetfeldwechsel bei jedem Nulldurchgang.

So eine Spule hat aber noch eine interessante Eigenschaft. Bringen wir einen Magneten in die Nähe einer Spule, so erzeugt das Magnetfeld in der Spule einen elektrischen Impuls. Drehen wir den Magneten, sodaß sich Nord- und Südpol ständig abwechseln, so erhalten wir in der Spule immer wieder elektrische Impulse. Könnten wir dieses schnell genug tun, so würden wir eine Wechselspannung erhalten. Dieses Prinzip wird z.B. bei einem Fahrraddynamo angewendet. Das kleine Rädchen dreht über eine Welle einen Magneten innerhalb einer Spule und erzeugt so den Strom für die Glühlampen in den Scheinwerfern.

Statt eines Permanentmagneten könnte man aber auch das Magnetfeld einer zweiten Spule benutzen. Wir haben oben gelernt, daß wir das Magnetfeld einer Spule umkehren können, indem wir den Stromfluß durch die Spule umkehren und das geschieht bei Wechselspannung sowieso in jedem Nulldurchgang. Wenn wir nun die eine Spule an eine Wechselspannung anschließen würden und eine zweite Spule in die Nähe der ersten bringen, so können wir an den Anschlüssen der zweiten Spule eine Wechselspannung messen.

Die erste Spule hat in der zweiten eine Spannung erzeugt (induziert). Diesen Vorgang bezeichnet man auch als magnetische Induktion. Sie wird in einem Transformator benutzt, um Spannungen umzuwandeln (zu transformieren). Indem man die Anzahl der Windungen der beiden Spulen entsprechend anpaßt, kann man auch höhere Spannungen erzeugen.

Dabei spielen die obigen Faktoren zur magnetischen Feldstärke eine große Rolle, denn durch Verändern der Werte der einzelnen Faktoren kann man Transformatoren herstellen, die die unterschiedlichsten Spannungen erzeugen. Dabei werden auch Trafos hergestellt, die sehr viel größer sind und in sogenannten Umspannwerken die Spannung vom Kraftwerk hoch- und später wieder heruntertransformieren.

Den Weg, den der Strom vom Kraftwerk bis zur Steckdose zurücklegt, könnt ihr anhand dieses Bildes verfolgen:

Ein relativ langer Weg und das ist auch der Grund für die hohen Spannungen, denn wie wir bereits kennengelernt haben, besitzt selbst ein Kabel einen elektrischen Widerstand. An diesem Widerstand fällt eine Spannung ab, die vom fließenden Strom abhängig ist. Wenn man nun von einer konstanten, elektrischen Leistung ausgeht, dann verringert sich der Strom, sobald die Spannung erhöht wird. Demzufolge verringert sich auch der Spannungsabfall an dem Kabel und das hat eine geringere Verlustleistung zur Folge.

Wie wir aus dem obigen Bild entnehmen können, stehen uns an der Netzsteckdose in unseren Haushalten 230 Volt zur Verfügung. Bei dieser Angabe handelt es sich um die Effektiv-Spannung (siehe vorheriges Kapitel). In älteren Publikationen werdet ihr noch 220 Volt als Spannungsangabe finden. Das ist aber mittlerweile veraltet, da man die Spannung auf 230 Volt angehoben hat.

In der Elektronik hat man es aber meist mit noch wesentlich kleineren Spannungen zu tun. Um nun aus den 230 Volt eine noch kleinere Spannung zu machen, benötigen wir einen Netztrafo.

Ein Netztrafo, wie wir ihn in elektronischen Geräten vorfinden, besitzt im Allgemeinen (es gibt Ausnahmen) zwei Spulen, von denen die Spule, die an die Netzspannung angeschlossen wird, als Primärspule und die andere Spule als Sekundärspule bezeichnet wird. Wichtig ist, daß wir die beiden Spulen auf keinen Fall vertauschen dürfen, da sie eine unterschiedliche Anzahl an Windungen besitzen.

Beim Anschluss eines Trafos unbedingt auf die richtige Zuordnung der beiden Spulen achten!

Oftmals sind die Anschlüsse eines Trafos nicht gekennzeichnet. In so einem Fall müßt ihr den Trafo durchmessen. Das geschieht mit einem Ohmmeter (Multimeter in Ohmstellung). Ihr haltet die beiden Meßleitungen des Multimeters an die beiden Anschlüsse der ersten Spule. Den Widerstandswert merkt ihr euch und macht dann das Gleiche mit der zweiten Spule. Die Spule, die den höheren Widerstandswert besitzt, ist die Primärspule (die an die Netzspannung angeschlossen wird).