Warum muss ein Transformator mit Wechselspannung betrieben und ein Elektromagnet hingegen mit Gleichspannung?

Es kommt auf die Wirkungen der magnetischen Felder an.

Bei einem Trafo soll in einer Spule eine Spannung induziert werden. Das funktioniert nur, wenn das Magnetfeld sich ändern, also stärker bzw. schwächer wird. Das wird nur erreicht, indem eine Wechselspannung angelegt wird, sodass dieser Zyklus hierzulande 50x pro Sekunde abläuft.

Ein Elektromagnet hingegen soll ein dauerhaftes magnetisches Feld erzeugen. Dafür braucht es einen ebenso konstanten Strom - Gleichstrom.

"In jedem elektrischen Leiter, welcher eine Magnetfeldänderung erfährt wird eine elektrische Spannung induziert." Diese Aussage erhalten wir, wenn wir das Induktionsgesetz interpretieren:

Genau das damit arbeitet ein Transformator. Wir können nämlich auf diese Weise zwei Stromkreise von einander galvanisch trennen, das heißt, dass diese 2 Kreise zwar miteinander gekoppelt sind aber keine elektrisch Leitfähige Verbindung zueinander aufweisen. Und das macht man in der Praxis folgendermaßen:

Wir nehmen einen elektrischen isolierten Leiter und winkeln diesen auf um so eine Spule zu erhalten wir wollen die Windungen so nah wie möglich aneinander haben also brauchen wir eine sehr dünne Isolierung. Man verwendet in der Praxis ein Lackdraht, dieser ist mit einem dünnen Lack beschichtet welcher als Isolierung des Leiters dient und so Kurzschlüsse zwischen den Windungen zu vermeiden.

von diesen Spulen verwenden wir jetzt 2 Stück und verbinden sie mechanisch mit einem Eisenkern:

Der Eisenkern hat erstmal die Aufgabe die Magnetfeldlinien zu bündeln, denn aufgrund der sogenannten magnetischen Permeabilität des Eisenkerns schließen sich die Magnetfeldlinien überwiegend im Eisenkern.

Das ganze führt nun dazu, dass dieses Magnetfeld von der Sekundärspule erfahren wird. Bis hier hin funktioniert das ganze auch mit einem Gleichstrom, doch sobald es darum geht in der Sekundärspule eine Spannung zu induzieren, wird es mit dem Gleichstrom schwierig.

Denn der elektrische Stromfluss sorgt dafür, dass sich das Magnetfeld überhaupt erst aufbaut. Nach Maxwell hat das mit der Rotation des elektrischen Feldes zu tun. Es existieren nach Maxwell nämlich keine Punkte im Raum die von sich aus magnetisch sein könnten also so ähnlich wie Elektronen, also negative Ladungsträger die hier der Ursprung des elektrischen Feldes darstellen. Das heißt es gibt keine magnetischen Ladungen und auch keine magnetischen Monopole, was bedeutet, dass ein Magnetfeld IMMER mit bewegten Ladungen zusammenhängt.

Und genau das passiert ja, wenn ein elektrischer Strom fließt, wir bewegen Ladungen. Das führt zwangsläufig zu einem Magnetfeld.

Dieses Magnetfeld ist also vom Stromfluss abhängig. Ändert sich der Strom periodisch, so macht das Magnetfeld das selbe und dieses wird ja von der Sekundärspule erfahren, so kommt es zu einer Induktion in der Sekundärspule. Beim Gleichstrom bleibt das Magnetfeld konstant. Das heißt das Magnetfeld ändert sich nicht periodisch und somit wird auch keine Spannung induziert.

Bei einem Dauermagneten ist es fast egal ob gleich oder Wechselstrom. Wir benötigen lediglich ein magnetisches Feld und das erhalten wir sowohl beim Gleichstrom als auch beim Wechselstrom. Der Unterschied ist nur, dass das Magnetfeld beim Wechselstrom sich periodisch ändert und auch schwächer werden kann. Beim Gleichstrom hast du das Problem nicht. Das Magnetfeld bleibt mit der magnetischen Feldstärke nahezu konstant.

Du brauchst für einen Transformator ein sich verändertes Magnetfeld, dass die Magnetfeldlinen der anderen Seite des Transformators die Leiter schneidet und eine Spannung induziert.

Bei einen Elektromagnet hast du ein starres bzw. nicht verändertes Magnetfeld wenn du es mit Gleichspannung betreibst. Um z.B. ein Metallteil damit zu halten, reicht das.

Weil die Polarität des Magnetfeldes bei Wechselspannung entsprechend der Frequenz hin und her wechselt.

Beim Trafo: Gut. Denn ein statisches Feld führt zu keiner Induktion auf der Sekundärseite (ausser einmal kurz beim Einschalten).

Beim Elektromagneten (z.B. zum Anheben von Autowracks aufm Schrottplatz): Schlecht. Denn bei z.B. 50Hz würde der Magnet das Auto 50 mal je Sekunde für einen kurzen Moment loslassen. Es würde zwar nicht unbedingt runterfallen, aber es würde die ganze Zeit über gegen den Kran vibrieren.

nun, der trafo lebt davon, dass sich die magnetfelder ständig ändern. das ist wie mit dem kurbeln beim radeln. einfach nur kraft aufs pedal ausüben hilft nicht, die fuhre vorwärts zu bringen. ist eben kein auto :-)

beim elektromagnet ist das ein wenig anders. befeuert man ihn mit wechselstrom, dreht sich das magnetfeld ständig um. In der Praxis reicht es schon meistens aus, aber besser ist es eben, wenn das feld konstant bleibt. dawegen sind elektromagenete die mit gleichstrom laufen wesentlich effektiver.

lg, anna

PS: trafo mit gleichstrom geht übrigens tatsächlich auch! wird sogar in der praxis gemacht, so lange der strom pulsiert. die einfachen schaltnetzteile arbeiten z.B. auf diese art und weise.