Question:
Un ventilateur tournant avec une vitesse angulaire uniforme consomme-t-il de l'énergie électrique?
Gaurav
2020-05-08 12:27:01 UTC
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Le travail effectué sur un corps en rotation est égal au changement de son énergie cinétique.Lorsqu'un ventilateur électrique tourne à une vitesse angulaire constante, son énergie cinétique ne change pas.Cela signifie-t-il qu'il ne consomme pas d'énergie électrique?

J'ai supprimé un certain nombre de commentaires qui tentaient de répondre à la question et / ou des réponses.Veuillez garder à l'esprit que les commentaires doivent être utilisés pour suggérer des améliorations et demander des éclaircissements sur la question, pas pour y répondre.
Tirer la prise vous montrerait.
Si vous débranchez le ventilateur puis le jetez (à la manière d'un frisbee) hors du sas de votre vaisseau spatial dans l'espace, il peut alors tourner indéfiniment sans consommer d'énergie.
@JeremyFriesner Non, il y aura toujours des frictions internes.Il y a un commentaire sur la réponse acceptée qui donne plus de détails sur ce qui se passerait.
@nasch si je comprends bien, un frottement interne se produirait si les pales du ventilateur tournaient par rapport au moteur.Mais dans le scénario de projection dans l'espace, le moteur tourne avec les pales du ventilateur (ou peut-être que les pales du ventilateur ont été entièrement retirées du moteur), de sorte que le frottement interne ne devrait pas se produire.Le ventilateur continuerait à tourner pour la même raison qu'un astéroïde continue de tourner.
@JeremyFriesner Eh bien, quelque chose tourne par rapport à quelque chose.Je ne sais pas exactement où se trouve la limite, mais que ce soit entre les pales et le moteur, ou entre le moteur et le boîtier, il y aura des frottements qui entraîneront une perte d'énergie.Bien que comme indiqué ailleurs, la plupart de l'énergie serait transférée au ventilateur pour le faire tourner dans la direction opposée jusqu'à ce que les pales ne tournent plus par rapport au ventilateur.
@nasch la frontière est entre (tout ce que vous avez jeté par le sas) et (le reste de l'univers), et elle n'est intermédiaire que par le vide, donc pas de frottement sauf peut-être des photons ou de la particule de poussière occasionnelle.
@JeremyFriesner Si les pales du ventilateur tournent par rapport au reste du ventilateur, il doit y avoir une autre limite interne au ventilateur.
@nasch, la blague était qu'ils ne tournent pas par rapport au reste du ventilateur, et pourtant ils tournent.Je pense que je l'ai déjà expliqué dans le sol.
Désolé, je ne m'attendais pas à une blague.
Sept réponses:
#1
+62
user258881
2020-05-08 12:43:54 UTC
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Il consomme définitivement de l'énergie électrique. Pourquoi? Parce qu'il y a une force opposée lorsqu'elle tourne, et cette force est souvent connue sous le nom de traînée d'air / résistance à l'air. Vous pouvez voir l'effet de la traînée d'air une fois que vous éteignez le ventilateur. Le ventilateur décélère de sa vitesse angulaire d'origine jusqu'à ce qu'il s'arrête complètement. Cette décélération est due au mouvement opposé à la traînée de l'air. Et ainsi en tournant, le ventilateur perd continuellement son énergie cinétique (en raison de la traînée d'air) et cette énergie perdue est principalement convertie en énergie thermique Ainsi vous n'avez pas besoin d'électricité pour changer l'énergie cinétique, vous avez plutôt besoin d'énergie électrique pour compenser l'énergie perdue en raison de la traînée d'air agissant sur le ventilateur.

De plus, la traînée aérienne est la plus courante, la plus générale et la plus facile à comprendre parmi toutes les pertes subies par un fan. Cependant, il existe de nombreux autres facteurs qui augmentent également la perte d'énergie dans un ventilateur. Voici un très joli organigramme / diagramme de Sankey montrant ceci:

losses

Source (PDF)

Cela me rend heureux que cette source / infographie détaillée de la perte d'énergie du ventilateur existe.Votre réponse est bonne aussi;)
Remarquez que si le ventilateur fonctionnait dans le vide, alors, oui, il pourrait continuer à tourner à l'infini.À part le frottement dans les roulements, peut-être.
-1
@Vilx- En supposant qu'il soit dans l'espace, le moment cinétique n'ira nulle part, nécessairement.Le frottement des roulements entraînera une perte de chaleur, mais ce qui finirait par se produire, c'est que l'ensemble du ventilateur commencerait à tourner lorsque les pales perdraient de l'énergie à cause du frottement.Le mouvement interne du ventilateur s'arrêterait, mais le tout finirait par tourner dans l'espace et continuerait probablement dans cet état pendant très, très longtemps.
Il est probable que le ventilateur ait un moment quadripolaire non nul.Cela ajouterait une certaine perte due aux ondes gravitationnelles.La flèche respective est trop fine pour être vue :-)
@Vilx- Mais les hypothèses par défaut des questions de physique sont l'absence de frottement ou de résistance de l'air.
C'est un diagramme de Sankey approximatif, pas un organigramme.
pourrions-nous affirmer que la «perte acoustique» au dernier étage est en fait une turbulence / un écoulement non dirigé qui se trouve être dans la gamme de fréquences audibles?qu'est-ce qui le différencie de la perte aérodynamique?
Je pense que cette réponse pourrait être améliorée avec une note rapide que le but principal du ventilateur est de pousser l'air et qu'il dépense de l'énergie pour cela, et donc même un ventilateur idéalisé (où nous imaginons que toutes les «pertes» sont nulles) seraitconsomment toujours de l'énergie électrique.
@Ben Mais tant qu'il y a de l'air à pousser, il y a forcément des pertes aérodynamiques :) J'ai l'impression que les pertes me semblent plus convaincantes que de caractériser l'énergie cinétique de l'air poussé.
@dlatikay Je pense que la distinction est que la perte acoustique est causée par la vibration des pales du ventilateur, alors que les pertes aérodynamiques décrivent un flux d'air inutile dans la dynamique résultant du mouvement de rotation intentionnel des pales.
#2
+20
niels nielsen
2020-05-08 13:15:20 UTC
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lors de la rotation à vitesse constante, le disque de ventilateur exécute en permanence un travail sur l'air aspiré à travers lui en lui donnant un élan.Pour effectuer ce travail, il faut un apport constant d'énergie du moteur, et par conséquent, le moteur absorbe continuellement de l'énergie électrique pendant que le ventilateur fonctionne.

Une partie de ce travail est gaspillée à surmonter la traînée, mais la majeure partie est consommée dans l'air en accélération.

#3
+12
Guru Vishnu
2020-05-08 14:42:37 UTC
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Comme indiqué dans les autres réponses, il est vrai qu'un ventilateur tournant avec une vitesse angulaire uniforme consomme de l'énergie électrique en raison de la présence d'une dissipation d'énergie.Mais ce n'est pas seulement dû à l'énergie transférée aux molécules d'air (comme d'autres le qualifient de "traînée d'air"), mais aussi à d'autres facteurs tels que - le frottement dans le roulement, le chauffage par Joule et amortissement électromagnétique dans la bobine du moteur.L'amortissement électromagnétique a également des applications utiles (voir Frein à courants de Foucault).

Il faut noter que lorsque nous éteignons le ventilateur, l'amortissement électromagnétique n'est présent que lorsque le moteur à courant alternatif a un aimant permanent.Si le champ magnétique pour la rotation de l'arbre est produit par des boucles de fils au lieu d'un aimant permanent, il deviendrait également nul.Dans ce cas, le ventilateur est mis au repos uniquement par frottement et perte d'énergie aux molécules d'air.

#4
+8
stefano
2020-05-08 13:07:32 UTC
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En effet un ventilateur rotatif ne consomme aucune énergie pour maintenir la même vitesse angulaire ... dans le vide. Mais si un médium est préréglé (ex. Air, eau ...), son énergie cinétique augmente (c'est la portée d'un ventilateur!)

Si vous êtes technique, vous avez besoin d'un vide, d'un roulement sans frottement, d'une absence totale de charge statique ou d'un moment magnétique lorsqu'il n'y a pas d'alimentation du moteur et même dans ce cas, vous devez ignorer la relativité générale, car le ventilateur rayonnera de l'énergie incroyablement minuscule.ondes gravitationnelles.
@mlk Je suis à peu près sûr que vous pourriez proposer une conception de ventilateur viable qui n'a pas de moment quadrupolaire et ne rayonne donc pas d'ondes gravitationnelles (ce n'est pas vraiment important).
#5
+7
A. Hennink
2020-05-09 14:04:04 UTC
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Une voiture a-t-elle besoin de carburant pour rouler sur une autoroute?

Vous savez déjà ce qui se passe lorsque vous lâchez le gaz: friction, principalement de l'air. C'est exactement la même situation. Cela ne fait aucune différence que l'élan soit linéaire ou angulaire.

#6
+2
stackoverblown
2020-05-09 19:50:44 UTC
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Mais cette vitesse angulaire constante n'est pas gratuite.Il doit être maintenu.Comme d'autres l'ont déjà mentionné.La traînée d'air du ventilateur en rotation, les frottements mécaniques ont tous tendance à ralentir le ventilateur.Vous avez besoin de puissance pour maintenir la vitesse.C'est pourquoi la plupart des ventilateurs sont connectés directement ou indirectement à une source d'alimentation électrique.

#7
+2
Joooeey
2020-05-10 22:38:11 UTC
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Je suppose que vous voulez dire un ventilateur de refroidissement intérieur (autonome ou un ventilateur de plafond).

Vous avez raison, l'énergie totale est toujours conservée mais:

  • L'énergie cinétique n'est qu'un type d'énergie. La chaleur est également pertinente ici. Notez que la chaleur est essentiellement l'énergie cinétique de particules en mouvement aléatoire.
  • Le ventilateur n'est pas un système fermé. Il est connecté à l'alimentation électrique (comme vous l'avez mentionné correctement) et à l'air de la pièce (que vous semblez oublier).

Rappelez-vous que le but d'un ventilateur est d'accélérer l'air dans la pièce pour fournir un courant d'air. Ce processus nécessite de l'énergie.

Plus précisément, avec un ventilateur tournant à vitesse constante (c'est-à-dire la plupart des ventilateurs qui ont été allumés pendant plus de dix secondes), où va l'énergie provenant du bloc d'alimentation?

  • Une partie est affectée aux pertes (dans le moteur électrique, dues au frottement et aux pertes acoustiques). Dans tous ces cas, l'énergie perdue est finalement convertie en chaleur. Le ventilateur chauffe.
  • Une partie de l'énergie est nécessaire pour accélérer l'air dans la pièce, augmentant ainsi l'énergie cinétique de l'air.

Alors, qu'arrive-t-il à l'énergie cinétique dans l'air?

  • La majeure partie sera dissipée en raison du frottement interne de l'air. Cela réchauffe l'air. En termes simples, lorsque l'air provient du ventilateur, les molécules se déplacent grossièrement dans une direction (loin du ventilateur). Puis lorsqu'ils rencontrent d'autres molécules d'air et obstacles, le mouvement des molécules individuelles devient de plus en plus désordonné jusqu'à ce qu'il soit complètement aléatoire. Le mouvement aléatoire des molécules est ce que nous appelons la chaleur.
  • En tant qu'effet secondaire, le flux d'air rapide du ventilateur élimine beaucoup de chaleur des objets plus chauds qu'il rencontre, tels que des personnes. C'est peut-être la raison pour laquelle vous avez allumé le ventilateur en premier lieu. Plus d'informations à ce sujet sur livescience.com

Finalement, presque toute l'énergie du ventilateur est dissipée sous forme de chaleur d'une manière ou d'une autre. Donc, si votre pièce est bien isolée, la température augmentera.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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