Berlin 2005 – wissenschaftliches Programm

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DD: Didaktik der Physik

DD 11: Anregungen aus dem Unterricht für den Unterricht III (interessante Probleme)

DD 11.2: Vortrag

Dienstag, 8. März 2005, 12:20–12:40, TU PN015

Der elektrische Transformator aus topologischer Sicht — •Alfred Pflug — Lehrstuhl für Didaktik der Physik, FB 2 Physik, Universität Dortmund, 44221 Dortmund

Die Sekundärwicklung eines elektrischen Transformators liegt stets in einem (eisenfreien)Raumgebiet, in welchem die magnetische Kraftflußdichte und damit auch die Wirbelstärke des induzierten elektrischen Sekundärfeldes (in guter Näherung) verschwindet. Dennoch ist dieses sekundäre elektrische Kraftfeld keineswegs konservativ, längs eines geschlossenen Weges, der den Eisenkern umschlingt, kann im allgemeinen elektrische Arbeit gewonnen werden. Der Grund hiefür ist ein topologischer: das Verschwinden der Wirbelstärke des elektrischen Sekundärfeldes außerhalb des Eisenkerns hat zur Folge, dass man die Sekundärwicklung des Transformators bei festgehaltenen (unmittelbar benachbarten)Wicklungsenden beliebig "verbiegen" kann, ohne dass sich dabei die Amplitude der sekundären Wechselspannung ändert, solange man diese Wicklung nirgends aufschneidet. Nur wenn man die Sekundärwicklung stetig auf einen einzigen Raumpunkt zusammenziehen kann (was der zentrale Eisenkern verhindert), ist diese Wechselspannungsamplitude gleich Null, im allgemeinen hängt sie von einer topologischen Invariante der Sekundärwicklung, ihrer sogenannten (ganzzahligen) Windungszahl um den zentralen Eisenkern und nicht von irgendwelchen geometrischen Details dieser Wicklung ab, was an Hand eines Schultransformators im Detail erläutert wird.