Transformator

Wie kann es sein, dass wir zur Handyaufladung und Fernseher-Stromversorgung die gleiche Steckdose nutzen? Die Steckdose liefert 230 Volt, aber das Handy braucht nicht mehr als fünf Volt. Warum verglüht das Handy bei dieser Hochspannung nicht einfach? Nee. Es geht nicht in Flammen auf, also muss der Grund dafür auf dem Weg zum Telefon liegen.

Es ist an der Zeit, das Gehäuse zu öffnen und herauszufinden, was drin ist. Wir wollen die Spannung von 230 Volt in der Steckdose auf fünf Volt reduzieren, um das Handy zu laden. Ein Stück Eisen hilft uns dabei, die Spannung zu reduzieren. Um diesen Eisenkern ist auf jeder Seite Kupferdraht aufgewickelt. Wenn du genau schaust, erkennst du, dass es links mehr Windungen gibt als rechts.

Wenn ein Stromleiter so gewickelt ist, spricht man von einer Spule. Lass uns nun den Stecker einstöpseln, damit etwas Spannung zur linken Spule gelangt. Es fließt nun elektrischer Strom durch den Kupferdraht. Und wenn Strom durch einen Leiter fließt, entsteht ein Magnetfeld um diesen Leiter. Wenn du jemals einen Elektromagneten gebaut hast, weißt du, wie das funktioniert.

Indem der Kupferdraht mehrmals in der Spule gewunden wird, verstärkt sich das Magnetfeld und gewinnt innerhalb der Spule massiv an Stärke. Je mehr Windungen es gibt, desto stärker ist das Magnetfeld. Da wir die Spule mit Wechselstrom füttern, ändert dieser seine Richtung hin und her. Und das Magnetfeld macht deswegen dasselbe. Der Eisenkern in der Spule verstärkt das Magnetfeld sogar und ermöglicht dem Magnetfeld, sich auf der anderen Seite mit der zweiten Spule auszuweiten.

Nun ändert sich auch das Magnetfeld in der rechten Spule. Die Spule begeistert sich so sehr dafür, dass sie dazu tanzt! Die Elektronen im Kupferleiter spüren das Magnetfeld und beginnen zu fließen – und fließende Elektronen bilden elektrischen Strom. Wir haben auf der rechten Spule elektrischen Strom induziert. Links erzeugt Strom ein Magnetfeld, und rechts erzeugt das Magnetfeld Strom.

Der Eisenkern verstärkt das Magnetfeld und überträgt es von einer Spule zur anderen. Ganz schön cool, oder? Wäre es bloß unsere Absicht gewesen, Strom zu übertragen, hätten wir nur einen Leiter von links nach rechts einlegen können. Und aus die Maus. Aber wir wollen auch die Spannung verringern.

Und deshalb ist es wichtig, wie oft der Leiter sich um den Kern in jeder Spule windet. Die Seite mit den meisten Windungen hat die höchste Spannung. Wir wollen die Spannung reduzieren, also sollte es in der rechten Spule weniger Windungen geben als in der linken. Die linke Spule, auf die der Strom zuerst trifft, wird Primärspule genannt. Und die rechte heißt Sekundärspule.

Wir messen 230 Volt in der Primärspule. Wenn wir diesen Wert halbieren wollten, bräuchten wir nur halb so viele Windungen in der Sekundärspule wie in der primären. Aber wir wollen von 230 Volt runter auf fünf Volt. Schreiben wir das mal als Bruch. Sekundärspannung geteilt durch Primärspannung.

Wenn wir wissen, dass die Primärspule 460 Windungen hat, wie viele Windungen braucht dann die Sekundärspule? Löse die Gleichung, wobei X die Anzahl der Windungen in der Sekundärspule ist. Die Sekundärspule muss zehn Windungen haben, um die Spannung so zu reduzieren, dass wir das Handy laden können. Jetzt haben wir die Spannung von 230 Volt auf fünf Volt umgewandelt. Wenn wir die Spule mit mehr Windungen – etwa 920 Windungen – umwickeln, dann erhöhen wir die Spannung.

Aber Moment mal! Wo kommt diese erhöhte Spannung her? Wir können zusätzliche Energie nicht aus Luft herstellen, oder? Nun, wenn wir die Spannung erhöhen, wird der Strom reduziert. Eine verdoppelte Spannung bedeutet eine halbierte Stromstärke.

Na ja, nicht ganz. Ein Teil der Energie tritt als Wärme aus. Fühl doch mal. Ein Transformator. Eine praktische Sache, wenn du die Spannung von Wechselstrom erhöhen oder verringern möchtest.

Oder, um deine Füße an einem kalten Morgen zu wärmen.