Domanda:
Un ventilatore che ruota con una velocità angolare uniforme consuma energia elettrica?
Gaurav
2020-05-08 12:27:01 UTC
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Il lavoro svolto su un corpo rotante equivale alla variazione della sua energia cinetica.Quando un elettroventilatore ruota con una velocità angolare costante, la sua energia cinetica non cambia.Significa che non consuma energia elettrica?

Ho rimosso una serie di commenti che cercavano di rispondere alla domanda e / o alle risposte.Tieni presente che i commenti dovrebbero essere usati per suggerire miglioramenti e richiedere chiarimenti sulla domanda, non per rispondere.
Staccare la spina te lo mostrerebbe.
Se scolleghi la ventola e poi la lanci (in stile frisbee) fuori dalla camera di equilibrio della tua astronave nello spazio esterno, può quindi ruotare indefinitamente senza consumare energia.
@JeremyFriesner No, ci sarà ancora attrito interno.C'è un commento sulla risposta accettata che va più in dettaglio su ciò che accadrebbe.
@nasch da quanto ho capito, l'attrito interno si verificherebbe se le pale della ventola ruotassero rispetto al motore.Ma nello scenario lanciato nello spazio, il motore ruota con le pale della ventola (o forse le pale della ventola sono state rimosse completamente dal motore), quindi l'attrito interno non dovrebbe verificarsi.La ventola continuerebbe a ruotare per lo stesso motivo per cui un asteroide continua a ruotare.
@JeremyFriesner Beh, qualcosa sta ruotando rispetto a qualcosa.Non so esattamente dove sia il confine, ma se è tra le pale e il motore, o il motore e l'alloggiamento, ci sarà l'attrito che farà perdere energia.Sebbene, come sottolineato altrove, la maggior parte dell'energia verrebbe trasferita alla ventola per ruotarla nella direzione opposta fino a quando le pale non girano più rispetto alla ventola.
@nasch il confine è tra (qualunque cosa tu abbia gettato fuori dalla camera di equilibrio) e (il resto dell'universo), ed è intermediato solo dal vuoto, quindi nessun attrito tranne forse dai fotoni o dall'occasionale particella di polvere.
@JeremyFriesner Se le pale della ventola girano rispetto al resto della ventola, deve esserci un altro confine interno alla ventola.
@nasch lo scherzo era che non girano rispetto al resto del ventilatore, eppure girano.Penso di averlo spiegato a fondo ormai.
Scusa, non mi aspettavo uno scherzo.
Sette risposte:
user258881
2020-05-08 12:43:54 UTC
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Sicuramente consuma energia elettrica. Perché? Perché c'è una forza opposta che deve affrontare mentre ruota, e questa forza è spesso nota come resistenza all'aria / resistenza all'aria. Puoi vedere l'effetto del trascinamento dell'aria una volta spenta la ventola. La ventola decelera dalla sua velocità angolare originale fino a quando non si ferma completamente. Questa decelerazione è dovuta al moto opposto alla resistenza dell'aria. E così durante la rotazione, la ventola perde continuamente la sua energia cinetica (a causa della resistenza dell'aria) e questa energia persa viene convertita principalmente in energia termica.Così non hai bisogno di elettricità per modificare l'energia cinetica, piuttosto hai bisogno di energia elettrica per compensare l'energia persa a causa della resistenza dell'aria che agisce sulla ventola.

Anche la resistenza all'aria è la più comune, la più generale e di facile comprensione tra tutte le perdite subite da un ventilatore. Tuttavia ci sono molti altri fattori che aumentano anche la perdita di energia in un ventilatore. Ecco un diagramma di flusso / diagramma di Sankey estremamente carino che mostra questo:

losses

Fonte (PDF)

Mi rende felice che esista questa fonte / informazioni grafiche approfondite sulla perdita di energia dei fan.Anche la tua risposta è buona;)
Intendiamoci, se la ventola funzionasse nel vuoto, allora sì, potrebbe continuare a ruotare all'infinito.A parte l'attrito nei cuscinetti, forse.
@Vilx- Assolutamente!Andrebbe avanti per sempre, se trascurassimo qualsiasi altra perdita eccetto la resistenza all'aria.
@Vilx- Supponendo che fosse nello spazio, il momento angolare non andrà da nessuna parte, necessariamente.L'attrito del cuscinetto causerà la perdita di alcuni per calore, ma ciò che finirebbe per accadere è che l'intero gruppo ventola inizierà a girare mentre le pale perdono energia a causa dell'attrito.Il movimento interno della ventola si fermerebbe, ma l'intera cosa finirebbe per girare nello spazio e probabilmente continuerebbe in quello stato per un tempo molto, molto lungo.
È probabile che la ventola abbia un momento quadrupolare che non scompare.Ciò aggiungerebbe una certa perdita dovuta alle onde gravitazionali.La rispettiva freccia è troppo sottile per essere vista :-)
@Vilx- Ma i presupposti predefiniti delle domande di fisica non sono l'attrito o la resistenza dell'aria.
Questo è un diagramma di Sankey approssimativo, non un diagramma di flusso.
potremmo sostenere che la "perdita acustica" nell'ultimo stadio è in realtà turbolenza / flusso non orientato che si trova nella gamma di frequenze udibili?cosa lo rende diverso dalla perdita aerodinamica?
Penso che questa risposta potrebbe essere migliorata con una breve nota che lo scopo principale del ventilatore è spingere l'aria e spendere energia per farlo, e quindi anche un ventilatore idealizzato (dove immaginiamo che tutte le "perdite" siano zero) lo farebbeconsumano ancora energia elettrica.
@Ben Ma finché c'è aria da spingere, ci saranno sicuramente perdite aerodinamiche :) Sento che le perdite mi sembrano più convincenti piuttosto che caratterizzare l'energia cinetica dell'aria spinta.
@dlatikay Penso che la distinzione sia che la perdita acustica è sostenuta dalla vibrazione delle pale del ventilatore, mentre le perdite aerodinamiche descrivono un flusso d'aria inutile nella dinamica risultante dal movimento rotatorio intenzionale delle pale.
niels nielsen
2020-05-08 13:15:20 UTC
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quando ruota a velocità costante, il disco della ventola esegue continuamente un lavoro sull'aria aspirata attraverso di esso conferendogli slancio.Per eseguire tale lavoro è necessario un input costante di energia dal motore, e quindi il motore assorbe continuamente energia elettrica mentre il ventilatore è in funzione.

Una parte di quel lavoro viene sprecata per superare la resistenza, ma la maggior parte viene consumata per accelerare l'aria.

Guru Vishnu
2020-05-08 14:42:37 UTC
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Come affermato nelle altre risposte, è vero che un ventilatore che ruota con una velocità angolare uniforme consuma energia elettrica per la presenza di dissipazione di energia.Ma non è solo dovuto all'energia trasferita alle molecole d'aria (come altri affermano come "resistenza all'aria"), ma anche ad altri fattori come: attrito nel cuscinetto, riscaldamento Joule e smorzamento elettromagnetico nella bobina del motore.Lo smorzamento elettromagnetico ha anche alcune applicazioni utili (vedi Freno a correnti parassite).

Va notato che quando spegniamo il ventilatore, lo smorzamento elettromagnetico è presente solo quando il motore AC ha un magnete permanente.Se il campo magnetico per la rotazione dell'albero fosse prodotto da anelli di fili invece che da un magnete permanente, anch'esso diventerebbe zero.In questo caso il ventilatore viene portato a riposo unicamente per attrito e perdita di energia alle molecole d'aria.

stefano
2020-05-08 13:07:32 UTC
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Infatti un ventilatore rotante non consuma energia per mantenere la stessa velocità angolare ... nel vuoto. Ma se un mezzo è preimpostato (es. Aria, acqua ...), la sua energia cinetica aumenta (questo è lo scopo di un ventilatore!)

Se sei un tecnico, hai bisogno di un vuoto, un cuscinetto senza attrito, totale assenza di qualsiasi carica statica o momento magnetico quando non c'è alimentazione al motore e anche in questo caso devi ignorare la relatività generale, perché la ventola irradierà energia incredibilmente piccolaonde gravitazionali.
@mlk Sono abbastanza sicuro che potresti trovare un progetto di ventola praticabile che non abbia un momento quadrupol e quindi non irradi onde gravitazionali (non che sarebbe davvero importante).
A. Hennink
2020-05-09 14:04:04 UTC
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Un'auto ha bisogno di carburante per guidare in autostrada?

Sai già cosa succede quando lasci andare il gas: attrito, principalmente dall'aria. Questa è esattamente la stessa situazione. Non fa differenza se la quantità di moto è lineare o angolare.

stackoverblown
2020-05-09 19:50:44 UTC
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Ma quella velocità angolare costante non è gratuita.Deve essere mantenuto.Come altri hanno già detto.La resistenza dell'aria della ventola in rotazione, l'attrito meccanico tende a rallentare la ventola.Hai bisogno di potenza per mantenere la velocità.Questo è il motivo per cui la maggior parte delle ventole è collegata direttamente o indirettamente a una fonte di alimentazione elettrica.

Joooeey
2020-05-10 22:38:11 UTC
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Presumo tu intenda un ventilatore di raffreddamento per interni (autonomo o a soffitto).

Hai ragione sul fatto che l'energia totale viene sempre conservata ma:

  • L'energia cinetica è solo un tipo di energia. Anche qui il calore è rilevante. Nota che il calore è fondamentalmente l'energia cinetica di particelle in movimento casuale.
  • La ventola non è un sistema chiuso. È collegato all'alimentazione (come hai detto correttamente) e all'aria nella stanza (che sembra aver dimenticato).

Ricorda che lo scopo di un ventilatore è quello di accelerare l'aria nella stanza per fornire un tiraggio. Questo processo richiede energia.

In particolare, con una ventola che ruota a velocità costante (ovvero la maggior parte delle ventole accese per più di dieci secondi), dove va a finire la potenza proveniente dall'alimentatore?

  • Una parte va a perdite (nel motore elettrico, dovute all'attrito, e perdite acustiche). In tutti questi casi l'energia persa viene infine convertita in calore. La ventola si riscalda.
  • Parte della potenza è necessaria per accelerare l'aria nella stanza, aumentando l'energia cinetica dell'aria.

Allora, cosa succede all'energia cinetica nell'aria?

  • La maggior parte verrà dissipata a causa dell'attrito interno dell'aria. Questo riscalda l'aria. In poche parole, quando l'aria proviene dalla ventola, le molecole si muovono approssimativamente in una direzione (lontano dalla ventola). Quindi, quando incontrano altre molecole d'aria e ostacoli, il movimento delle singole molecole diventa sempre più disordinato fino a diventare completamente casuale. Il movimento casuale delle molecole è ciò che chiamiamo calore.
  • Come effetto collaterale, il flusso d'aria veloce della ventola porta via molto calore dagli oggetti più caldi che incontra come le persone. Questo potrebbe essere il motivo per cui hai acceso il ventilatore in primo luogo. Maggiori informazioni su livescience.com

Alla fine quasi tutta l'energia della ventola viene dissipata come calore in un modo o nell'altro. Quindi, se la tua stanza è ben isolata, la temperatura aumenterà.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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