Wie Spannung in Strom umgewandelt wird

Es ist unmöglich, Strom in Spannung oder Spannung in Strom umzuwandeln, da dies grundlegend unterschiedliche Phänomene sind. Die Spannung wird an den Enden eines Leiters oder einer EMF-Quelle gemessen, während Strom eine elektrische Ladung ist, die sich durch einen Querschnitt eines Leiters bewegt.

Spannung oder Strom können nur in Spannung oder Strom unterschiedlicher Größe umgewandelt werden. In diesem Fall handelt es sich um die Umwandlung elektrischer Energie (Leistung).

Wenn die Spannung während der Umwandlung elektrischer Energie abnimmt, steigt der Strom an, und wenn die Spannung ansteigt, nimmt der Strom ab. Die Energiemenge am Ein- und Ausgang ist gemäß dem Gesetz zur Energieeinsparung ungefähr gleich (abzüglich natürlich des Verlusts beim Umwandlungsprozess).

Dies liegt daran, dass die elektrische Energie A anfänglich die potentielle Energie (Positionsenergie in einem elektrischen Feld) einer elektrischen Ladung ist, dh A = U * q. Und der Strom I - ist nichts anderes als die Bewegung der Ladung q im elektrischen Feld über die Zeit t, dh I = q / t.

Bei der Umwandlung von Energie A1 = U1 * q1 am Eingang - in Energie A2 = U2 * q2 am Ausgang einer bestimmten Umwandlungsvorrichtung - wird daher entweder die Potentialdifferenz (U2

Oder die pro Zeiteinheit übertragene Ladungsmenge nimmt ab (q2

Um eine solche Umwandlung elektrischer Energie durchzuführen, verwenden sie das von Michael Faraday im Spätsommer 1831 entdeckte Phänomen der elektromagnetischen Induktion, das heute in Transformatoren und Impulsspannungswandlern verwendet wird, um die Spannung zu verringern oder zu erhöhen (um den Strom zu erhöhen bzw. zu verringern). Als nächstes betrachten wir den Prozess einer solchen Transformation allgemein.

Wenn sich der Strom I in einer leitenden Spule mit der Induktivität L ändert (zunimmt und abnimmt) - ändert sich das durch diesen Strom erzeugte Magnetfeld B, das den durch diese Spule begrenzten Bereich S durchdringt -, ändert sich der Magnetfluss Φ = B * S = L * I.

Wie schnell sich der Strom I in der Spule ändert - ebenso wie der Magnetfluss Φ, der den durch diese Spule begrenzten Bereich S durchdringt. Der Wechselstrom I in der Spule ist direkt proportional zu der an die Enden der Spule angelegten Spannung U. Je größer die Amplitude U ist, desto größer ist somit die Amplitude des Stroms I in der Spule und desto größer ist die Amplitude des Magnetflusses Φ der Spule mit dem Strom.

Michael Faraday zeigte, dass ein zeitlich variierender Magnetfluss EMF (Spannung) in einem Schaltkreis induzieren kann, der den Bereich dieses variierenden Magnetflusses abdeckt, und dass die Änderungsrate des Magnetflusses dF / dt die Größe der resultierenden EMF beeinflusst: Je höher die Änderungsrate des Magnetflusses ist, desto höher ist die Spannung an den Enden der Schaltung.

Wenn wir also eine andere Spule (Sekundärspule) im Bereich des sich ändernden Magnetflusses platzieren, wird darin eine EMF (Spannung an den Enden) induziert, die proportional zur Änderungsrate des Magnetflusses ist - je größer der Magnetfluss und je schneller er sich ändert - desto größer ist die Induktion in der Sekundärspule Spule EMF. Wenn es mehrere (N) Sekundärwindungen gibt und diese in Reihe geschaltet sind, summiert sich die induzierte EMF in ihnen.

Wenn Sie den Sekundärkreis schließen, erzeugt die entlang transportierte Ladung (Strom) einen eigenen Magnetfluss, der dem primären Magnetfluss in seiner Richtung entgegengesetzt und in seiner Größe gleich ist.

Wenn die Windungen des Sekundärkreises in ihren magnetischen Eigenschaften, ihrer Form und ihrer Induktivität der Primärwindung völlig ähnlich sind, wird in diesem Fall der durch die induzierte EMK verursachte Strom gleichmäßig auf alle Sekundärwindungen aufgeteilt. Je mehr Windungen in Reihe geschaltet sind, desto mehr Spannung wird am Ausgang erhalten und desto weniger Strom wird ausgegeben, wenn der Stromkreis für die Last geschlossen ist.

Es funktioniert nach diesem Prinzip TransformatorErhöhen oder Verringern der Wechselspannung und dementsprechend Verringern oder Erhöhen des Wechselstroms. Wenn es mehr Primärwindungen und weniger Sekundärwindungen gibt, gibt es mehr Strom pro Windung der Sekundärspule, aber die Spannung an den Enden der Sekundärspule ist insgesamt geringer (proportional zum Verhältnis der Windungen in den Wicklungen), dh der Ausgangsstrom steigt im Vergleich zum Eingang und der Spannung an wird untergehen.