Wandler sind elektrische oder elektronische Geräte, die Energie von einer Form in eine andere umwandeln. Ein Stereolautsprecher wandelt beispielsweise die elektrischen Signale aufgenommener Musik in Ton um. Viele Leute halten einen Wandler für ein kompliziertes, technisches Gerät, das dazu bestimmt ist, Informationen zu sammeln oder zu übertragen. In Wirklichkeit kann jedoch alles, was Energie umwandelt, als Wandler betrachtet werden.
Sensoren und Aktoren
Es gibt viele verschiedene Arten von Wandlern, aber im Grunde lassen sie sich in zwei Gruppen einteilen: Eingang (Sensor) und Ausgang (Aktor). Eingangswandler nehmen irgendeine Art von physikalischer Energie – wie Schallwellen, Temperatur oder Druck – auf und wandeln sie in ein lesbares Signal um. Ein Mikrofon zum Beispiel wandelt Schallwellen, die auf seine Membran treffen, in ein elektrisches Signal um, das über Drähte übertragen werden kann. Ein Drucksensor wandelt die auf ihn ausgeübte physikalische Kraft in eine leicht verständliche Zahl oder Ablesung um.
Aktoren nehmen ein elektronisches Signal auf und wandeln es in physikalische Energie um. Ein Stereolautsprecher wandelt das elektronische Signal einer Aufnahme in physikalische Schallwellen um. Elektromotoren sind eine weitere gebräuchliche Form elektromechanischer Wandler, die elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln, um eine Aufgabe zu erfüllen.
Kombinieren von Wandlern
Viele Geräte arbeiten durch die Kombination von Sensoren und Aktoren, um Energie von einer Form in eine andere und wieder zurück zu wandeln. Audiokassetten zum Beispiel entstehen, indem ein Wandler das elektrische Signal des Mikrofon-Tonabnehmers – der die Schallwellen in ein elektrisches Signal umwandelte – in magnetische Fluktuationen am Tonkopf umwandelt. Diese magnetischen Schwankungen werden dann ausgelesen und von einem anderen Wandler – in diesem Fall der Stereoanlage – wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Signal wird dann über Kabel zu Lautsprechern geleitet, die das elektrische Signal wieder in Audiowellen umwandeln.
Die Ultraschallbildgebung funktioniert auch durch mehrfache Umwandlung von Energie. Ein piezoelektrischer Wandler wird verwendet, um Elektrizität in hochfrequente Schallwellen (Ultraschall) umzuwandeln, die von der Maschine fokussiert und auf Körpergewebe gerichtet werden. Diese Wellen prallen zurück zur Maschine, wo ein Wandler sie wieder in elektrische Signale umwandelt. Die Signale werden verarbeitet und an einen Monitor gesendet, um ein Bild des Körpergewebes zu erzeugen.
Andere Alltagsaufgaben sind durch den Einsatz von mehrfach umgewandelter Energie möglich. Um ein elektrisches Licht einzuschalten, muss elektrische Energie in sichtbares Licht umgewandelt werden. Diese elektrische Energie musste allerdings erst erzeugt werden; Ein elektrischer Generator ist eine Art Wandler, der mechanische (oder kinetische) Energie in Elektrizität umwandelt, die dann von anderen Geräten verwendet werden kann.
Efficiency
Wie bei allen Energieumwandlungen geht beim Betrieb von Wandlern ein Teil der Energie verloren, aber einige sind effizienter als andere. Eine Funkantenne, die Hochfrequenzenergie in ein elektromagnetisches Feld umwandelt, ist ein Beispiel für einen effizienten Wandler. Wenn die Antenne gut funktioniert, kann dieser Prozess mehr als 80% effizient sein. Im Gegensatz dazu haben die meisten Elektromotoren einen Wirkungsgrad von weniger als 50 %, während normale Glühbirnen aufgrund der Menge an Energie, die als Wärme verloren geht, einen Wirkungsgrad von weniger als 10 % haben.