Warum hören Sie sofort auf, wenn Sie ausgeschaltet sind?

Ventilatoren kommen nicht sofort zur Ruhe, da die Bewegungsenergie nicht in eine sinnvollere Form umgewandelt werden kann.

Ich bin ein großer Fan von Fans. Diese bescheidenen Geräte sind clevere mechanische Vorrichtungen, die mühelos eine Naturgewalt ihrem Willen unterwerfen. Sie werden oft fälschlicherweise für die Kühlung des Raums gehalten mehr wenn es schnell geht, aber sie sind im wahrsten Sinne des Wortes nur „Luftbändiger“.

Diese Geräte wurden für die Bequemlichkeit der Menschheit entwickelt und haben nur einen Fehler – sie stoppen in ihrem eigenen Tempo und niemals, sobald wir den Schalter ausschalten. Was treibt diese unbeständige Natur der Fans an?

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Wie funktioniert ein Ventilator?

Werfen wir einen Blick auf die Bestandteile eines Deckenventilators. Ventilatoren bestehen normalerweise aus einem Haltemechanismus, wie z. B. einem Sockel, der auf einer Basis montiert ist, oder einer Halterung mit einem Haken und einer Abwärtsstange bei Deckenventilatoren. Der Haltemechanismus wird zusammen mit der elektrischen Verkabelung zum Antriebsmechanismus geführt, der den Motor, die Nabe und die Blätter umfasst.

Der Motor kann in der Nabe eingeschlossen sein, wie z. B. in Deckenventilatoren, oder er kann eine Welle haben, die von einem außerhalb der Nabe angeordneten Gehäuse verlängert wurde. Die Flügel des Lüfters sind an der Nabe mit dem Rotor verbunden.

Die meisten anderen Ventilatoren sind insofern ähnlich aufgebaut, als die Blätter und der Rotor das letzte Bein des Antriebsmechanismus sind.

Die Flügel der Lüfter haben ein gebogenes Profil, um die Luft zu schneiden und zu drücken (Foto: Mikhail Leonov/Shutterstock)

Das Funktionieren von Lüftern wird durch das Design und die Ausrichtung der Schaufeln bestimmt. Wenn Sie sich die Flügel Ihres Lüfters genau ansehen, sehen Sie eher ein leicht gewölbtes als ein flaches Profil. Diese Wölbung hilft den Klingen, die Luft zu durchschneiden und sie von ihrer Quelle weg und in die gewünschte Belüftungszone zu drücken.

Wenn diese Schneid- und Schubbewegung durch viele vom Motor angetriebene Hochgeschwindigkeitsumdrehungen vervielfacht wird, entsteht ein ständig strömender Luftstoß.

Die Verwendung von Ventilatoren ist nicht auf private Räume wie Wohnungen beschränkt. Lüfter erfüllen eine Vielzahl von Belüftungs- und Kühlanforderungen, beispielsweise in Computern und Autokühlern. Sie können je nach Verwendungszweck konventionell von oben nach unten ausgerichtet oder seitlich platziert werden.

Trägheit in Aktion

Wenn auf einen Körper keine äußere Kraft einwirkt, bleibt er weiterhin in einem Zustand der Ruhe oder Bewegung. Wir alle haben dieses Gesetz der Physik schon einmal gehört, aber jetzt ist es an der Zeit, es in die Tat umzusetzen.

Wenn Sie Fahrrad fahren und sich entscheiden, mit dem Treten aufzuhören, würden Sie schließlich anhalten. Dies ist auf das Vorhandensein von Reibung zurückzuführen. Die gleiche Reibung, die Ihr Fahrrad am Laufen hält, nimmt auch einen Teil der Energie weg, die Sie durch Ihre Pedale senden. Wenn Sie aufhören zu treten, nimmt die Reibung diese Energie Stück für Stück weg, bis nichts mehr davon übrig ist. Zugegeben, es wird ein langer Weg sein, bis Sie zum Stillstand kommen, aber Sie tun es schließlich.

Wenn nicht regelmäßig in die Pedale getreten wird, kommt ein Fahrrad aufgrund von Straßenreibung zum Stehen (Bildnachweis: lassedesignen/Shutterstock)

Mal sehen, wie das im Fall eines Ventilators funktioniert.

Ein rotierender Lüfter hat viel kinetische Energie aus der ihm zugeführten elektrischen Energie. Wenn Sie den Lüfter ausschalten, verbleibt noch eine enorme Menge an Energie im Lüfter, die verwendet wird, um Luft nach unten zu drücken. Da keine elektrische Energie zur Verfügung steht, nutzt der Lüfter langsam seine verbleibende kinetische Energie, um den Luftwiderstand zu überwinden, bis er allmählich zum Stillstand kommt.

In ähnlicher Weise zeigen auch andere Rotationsmaschinen wie Mischmühlen, Bohrmaschinen und Maschinenwellen dieses Verhalten und werden durch ihre Lagerreibung zum Stillstand gebracht, wodurch die kinetische Energie der Maschine langsam verbraucht wird.

Energieerhaltung

Die Gesamtenergie eines Systems ist immer konstant; Energie wird immer von einer Form in eine andere umgewandelt (Photo Credit: PopTika/Shutterstock)

Eine andere sehr überstrapazierte Aussage bezieht sich darauf, dass die Gesamtenergie jedes Systems konstant bleibt. Energie nimmt niemals zu oder ab; es wird lediglich von einer Form in eine andere umgewandelt.

Wir hören jedoch oft von Energieverschwendung, was bedeutet, dass Energie in eine Form umgewandelt wird, die nicht sinnvoll genutzt werden kann. Die Energie, die beim Überwinden der Reibungskräfte des Fahrrads verloren geht, oder der Luftwiderstand des sich bewegenden Lüfters sind Beispiele für verschwendete Energie.

Kann so etwas wie regeneratives Bremsen verwendet werden, um die zusätzliche kinetische Energie von Lüftern zu nutzen? (Bildnachweis: K.Sorokins/Shutterstock)

Da die Erhaltung der Energie der Weg des Universums ist, ist es immer klug, sich nicht in die Quere zu kommen.

Wenn ein Ventilator sofort stoppen würde, müsste die restliche kinetische Energie theoretisch von den festen Teilen, nämlich dem Motorgehäuse, der Unterstange, den elektrischen Leitungen und den mechanischen Befestigungen in der Decke, absorbiert werden.

Dies würde zu einem katastrophalen Versagen führen, da die plötzliche Rotationsenergie sofort als extrem hohe Torsionskraft auf die Unterstange übertragen würde, wodurch diese sich verdreht und bricht. Die verbleibende Energie würde auch zum Bruch mechanischer Befestigungen sowohl in der Decke als auch im Ventilator führen.

Um zu verhindern, dass sich der Lüfter sofort dreht, müssten wir einen Mechanismus entwickeln, der die große Menge an kinetischer Energie aufnimmt und sie gleichzeitig in eine nützliche Energieform umwandelt, ohne das Gewicht und die Kosten des Lüfters erheblich zu erhöhen.

Warum halten Sportler nicht direkt im Ziel an? (Bildnachweis: Pete Saloutos/Shutterstock)

Könnte uns so etwas wie regeneratives Bremsen, wie es in Elektrofahrzeugen verwendet wird, dabei helfen, unsere Lüfter zu kontrollieren? Könnte man einen Lüfter nach dem Abschalten „bremsen“, um die Energie zu nutzen und einem Speicher zuzuführen? Das würde die Konstruktion des Lüfters um ein weiteres Verbrauchsmaterial, nämlich die Bremsen, erweitern, was ihn noch komplizierter machen würde, während auch die Wartungskosten für dieses traditionell wartungsfreie Gerät erhöht würden.

Wie viele Geräte, die wir täglich benutzen, verlieren Energie wie ein Ventilator? Stoff zum Nachdenken!

Vorgeschlagene Literatur