Frage:
Verbraucht ein Lüfter, der sich mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit dreht, elektrische Energie?
Gaurav
2020-05-08 12:27:01 UTC
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Die Arbeit an einem rotierenden Körper entspricht der Änderung seiner kinetischen Energie.Wenn sich ein elektrischer Lüfter mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht, ändert sich seine kinetische Energie nicht.Bedeutet das, dass es keine elektrische Energie verbraucht?

Ich habe eine Reihe von Kommentaren entfernt, die versucht haben, die Frage und / oder die Antworten darauf zu beantworten.Bitte beachten Sie, dass Kommentare verwendet werden sollten, um Verbesserungen vorzuschlagen und um Klärung der Frage zu bitten, nicht um sie zu beantworten.
Das Ziehen des Steckers würde es Ihnen zeigen.
Wenn Sie den Lüfter ausstecken und ihn dann (im Frisbee-Stil) aus der Luftschleuse Ihres Raumfahrzeugs in den Weltraum werfen, kann er sich unbegrenzt drehen, ohne Energie zu verbrauchen.
@JeremyFriesner Nein, es wird immer noch innere Reibung geben.Es gibt einen Kommentar zu der akzeptierten Antwort, der detaillierter beschreibt, was passieren würde.
@nasch, wie ich es verstehe, würde innere Reibung auftreten, wenn sich die Lüfterblätter relativ zum Motor drehen würden.In dem in den Weltraum geworfenen Szenario dreht sich der Motor jedoch mit den Lüfterflügeln (oder möglicherweise wurden die Lüfterblätter vollständig vom Motor entfernt), sodass keine innere Reibung auftreten sollte.Der Lüfter würde sich aus dem gleichen Grund weiter drehen, aus dem sich ein Asteroid weiter dreht.
@JeremyFriesner Nun, etwas dreht sich relativ zu etwas.Ich weiß nicht genau, wo die Grenze liegt, aber ob sie sich zwischen den Schaufeln und dem Motor oder zwischen Motor und Gehäuse befindet, es wird Reibung geben, die zum Energieverlust führt.Wie an anderer Stelle erwähnt, wird der größte Teil der Energie auf den Lüfter übertragen, um ihn in die entgegengesetzte Richtung zu drehen, bis sich die Flügel nicht mehr relativ zum Lüfter drehen.
@nasch Die Grenze liegt zwischen (was auch immer Sie aus der Luftschleuse geworfen haben) und (dem Rest des Universums) und sie wird nur durch Vakuum vermittelt, also keine Reibung, außer vielleicht von den Photonen oder den gelegentlichen Staubpartikeln.
@JeremyFriesner Wenn sich die Lüfterflügel relativ zum Rest des Lüfters drehen, muss innerhalb des Lüfters eine andere Grenze vorhanden sein.
@nasch der Witz war, dass sie sich nicht relativ zum Rest des Fans drehen, und dennoch drehen sie sich.Ich glaube, ich habe es inzwischen in den Boden erklärt.
Entschuldigung, ich hatte keinen Witz erwartet.
Sieben antworten:
user258881
2020-05-08 12:43:54 UTC
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Es verbraucht definitiv elektrische Energie. Warum? Weil es einer entgegengesetzten Kraft ausgesetzt ist, während es sich dreht, und diese Kraft wird oft als Luftwiderstand / Luftwiderstand bezeichnet. Sie können den Effekt des Luftwiderstands sehen, wenn Sie den Lüfter ausschalten. Der Lüfter bremst von seiner ursprünglichen Winkelgeschwindigkeit ab, bis er vollständig stoppt. Diese Verzögerung ist auf die Bewegung zurückzuführen, die dem Luftwiderstand entgegenwirkt. Während der Drehung verliert der Lüfter kontinuierlich seine kinetische Energie (aufgrund des Luftwiderstands) und diese verlorene Energie wird hauptsächlich in Wärmeenergie umgewandelt. you benötigen keinen Strom, um die kinetische Energie zu ändern, sondern elektrische Energie, um dies zu kompensieren Der Energieverlust aufgrund des Luftwiderstands, der auf den Lüfter wirkt.

Auch der Luftwiderstand ist der häufigste, allgemeinste und leicht verständlichste unter allen Verlusten, die ein Lüfter erleidet. Es gibt jedoch viele andere Faktoren, die ebenfalls den Energieverlust eines Lüfters erhöhen. Hier ist ein sehr schönes Flussdiagramm / Sankey-Diagramm, das Folgendes zeigt:

losses

Quelle (PDF) sup>

Es freut mich, dass diese Quelle / ausführliche Infografik des Energieverlusts der Lüfter existiert.Deine Antwort ist auch gut;)
Wohlgemerkt, wenn der Lüfter im luftleeren Raum läuft, kann er sich unendlich weiter drehen.Bis auf die Reibung in den Lagern vielleicht.
@Vilx- Auf jeden Fall!Es würde für immer weitergehen, wenn wir alle Verluste außer dem Luftwiderstand vernachlässigen würden.
@Vilx- Angenommen, es wäre im Weltraum, würde der Drehimpuls nicht unbedingt irgendwohin gehen.Die Lagerreibung führt dazu, dass einige durch Wärme verloren gehen. Am Ende würde sich jedoch die gesamte Lüfterbaugruppe drehen, wenn die Schaufeln Energie durch Reibung verlieren.Die interne Bewegung des Lüfters würde zum Stillstand kommen, aber das Ganze würde sich im Weltraum drehen und wahrscheinlich sehr, sehr lange in diesem Zustand weiterlaufen.
Es ist wahrscheinlich, dass der Lüfter ein nicht verschwindendes Quadrupolmoment hat.Dies würde einen gewissen Verlust aufgrund von Gravitationswellen hinzufügen.Der jeweilige Pfeil ist zu dünn um gesehen zu werden :-)
@Vilx- Die Standardannahmen von Physikfragen sind jedoch keine Reibung oder Luftwiderstand.
Das ist ein ungefähres Sankey-Diagramm, kein Flussdiagramm.
Können wir argumentieren, dass "akustischer Verlust" in der letzten Stufe tatsächlich eine Turbulenz / ungerichtete Strömung ist, die sich zufällig im hörbaren Frequenzbereich befindet?Was unterscheidet es vom aerodynamischen Verlust?
Ich denke, diese Antwort könnte mit einer kurzen Bemerkung verbessert werden, dass der Hauptzweck des Lüfters darin besteht, Luft zu drücken und dafür Energie zu verbrauchen, und so würde selbst ein idealisierter Lüfter (bei dem wir uns alle "Verluste" als Null vorstellen)verbrauchen noch elektrische Energie.
@Ben Aber solange es Luft gibt, die gedrückt werden muss, muss es aerodynamische Verluste geben :) Ich bin der Meinung, dass Verluste für mich überzeugender erscheinen, als die kinetische Energie von Druckluft zu charakterisieren.
@dlatikay Ich denke, der Unterschied besteht darin, dass akustische Verluste durch Vibrationen der Lüfterflügel entstehen, während aerodynamische Verluste einen nicht hilfreichen Luftstrom in der Dynamik beschreiben, der sich aus der absichtlichen Drehbewegung der Flügel ergibt.
niels nielsen
2020-05-08 13:15:20 UTC
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Wenn sich die Lüfterscheibe mit konstanter Geschwindigkeit dreht, arbeitet sie kontinuierlich an der durch sie gesaugten Luft, indem sie ihr einen Impuls verleiht.Um diese Arbeit auszuführen, ist eine konstante Energiezufuhr vom Motor erforderlich, und daher nimmt der Motor bei laufendem Lüfter kontinuierlich elektrische Energie auf.

Ein Teil dieser Arbeit wird für die Überwindung des Luftwiderstands verschwendet, der größte Teil jedoch für die Beschleunigung der Luft.

Guru Vishnu
2020-05-08 14:42:37 UTC
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Wie in den anderen Antworten angegeben, verbraucht ein mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit rotierender Lüfter aufgrund der vorhandenen Energiedissipation elektrische Energie.Dies liegt jedoch nicht nur an der Energieübertragung auf die Luftmoleküle (wie andere als "Luftwiderstand" bezeichnen), sondern auch an anderen Faktoren wie Reibung im Lager, Joule'sche Erwärmung und elektromagnetische Dämpfung in der Motorspule.Die elektromagnetische Dämpfung hat auch einige nützliche Anwendungen (siehe Wirbelstrombremse).

Es ist zu beachten, dass beim Ausschalten des Lüfters eine elektromagnetische Dämpfung nur dann vorliegt, wenn der Wechselstrommotor einen Permanentmagneten hat.Wenn das Magnetfeld für die Drehung der Welle durch Drahtschleifen anstelle eines Permanentmagneten erzeugt wird, würde es ebenfalls Null werden.In diesem Fall wird der Lüfter ausschließlich durch Reibung und Energieverlust der Luftmoleküle zur Ruhe gebracht.

stefano
2020-05-08 13:07:32 UTC
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In der Tat verbraucht ein rotierender Lüfter keine Energie, um die gleiche Winkelgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten ... im Vakuum. Wenn ein Medium jedoch voreingestellt ist (z. B. Luft, Wasser ...), nimmt seine kinetische Energie zu (das ist der Umfang eines Lüfters!)

Wenn Sie technisch versiert sind, benötigen Sie ein Vakuum, ein reibungsloses Lager, keine statische Aufladung oder kein magnetisches Moment, wenn der Motor nicht mit Strom versorgt wird, und selbst dann müssen Sie die allgemeine Relativitätstheorie ignorieren, da der Lüfter unglaublich kleine Energie ausstrahltGravitationswellen.
@mlk Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie ein brauchbares Lüfterdesign entwickeln könnten, das kein Quadrupolmoment hat und daher keine Gravitationswellen ausstrahlt (nicht, dass das wirklich wichtig wäre).
A. Hennink
2020-05-09 14:04:04 UTC
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Benötigt ein Auto Kraftstoff, um auf einer Autobahn zu fahren?

Sie wissen bereits, was passiert, wenn Sie das Gas loslassen: Reibung, meist aus der Luft. Dies ist genau die gleiche Situation. Es macht keinen Unterschied, ob der Impuls linear oder eckig ist.

stackoverblown
2020-05-09 19:50:44 UTC
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Diese konstante Winkelgeschwindigkeit ist jedoch nicht kostenlos.Es muss gepflegt werden.Wie andere bereits erwähnt haben.Der Luftwiderstand des sich drehenden Lüfters und die mechanische Reibung verlangsamen den Lüfter.Sie benötigen Strom, um die Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.Deshalb sind die meisten Lüfter direkt oder indirekt an eine Stromquelle angeschlossen.

Joooeey
2020-05-10 22:38:11 UTC
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Ich nehme an, Sie meinen einen Innenkühlventilator (entweder einen Standalone- oder einen Deckenventilator).

Sie haben Recht, dass die Gesamtenergie immer erhalten bleibt, aber:

  • Kinetische Energie ist nur eine Art von Energie. Auch hier spielt Wärme eine Rolle. Beachten Sie, dass Wärme im Grunde die kinetische Energie zufällig bewegter Partikel ist.
  • Der Lüfter ist kein geschlossenes System. Es ist an die Stromversorgung (wie Sie richtig erwähnt haben) und die Luft im Raum (die Sie scheinbar vergessen haben) angeschlossen.

Denken Sie daran, dass der Zweck eines Ventilators darin besteht, die Luft im Raum zu beschleunigen, um einen Luftzug zu erzeugen. Dieser Prozess erfordert Energie.

Insbesondere bei einem Lüfter, der sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht (d. h. die meisten Lüfter, die länger als zehn Sekunden eingeschaltet waren), wohin geht die von der Stromversorgung kommende Energie?

  • Ein Teil davon geht zu Verlusten (im Elektromotor aufgrund von Reibung und akustischen Verlusten). In all diesen Fällen wird die verlorene Energie schließlich in Wärme umgewandelt. Der Lüfter heizt sich auf.
  • Ein Teil der Kraft wird benötigt, um die Luft im Raum zu beschleunigen und die kinetische Energie der Luft zu erhöhen.

Was passiert dann mit der kinetischen Energie in der Luft?

  • Das meiste davon wird aufgrund der inneren Reibung der Luft abgeführt. Dies erwärmt die Luft. Einfach ausgedrückt, wenn die Luft vom Ventilator kommt, bewegen sich die Moleküle ungefähr in eine Richtung (vom Ventilator weg). Wenn sie dann auf andere Luftmoleküle und Hindernisse treffen, wird die Bewegung der einzelnen Moleküle zunehmend ungeordnet, bis sie völlig zufällig ist. Zufällige Bewegung von Molekülen nennen wir Wärme.
  • Als Nebeneffekt entzieht der schnelle Luftstrom des Lüfters wärmeren Gegenständen, denen er begegnet, wie z. B. Menschen, viel Wärme. Dies könnte der Grund sein, warum Sie den Lüfter überhaupt erst eingeschaltet haben. Mehr dazu unter livingcience.com

Schließlich wird fast die gesamte Energie des Lüfters auf die eine oder andere Weise als Wärme abgeführt. Wenn Ihr Raum also gut isoliert ist, steigt die Temperatur.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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