sciencetalk

Beste mensen, Ik ben in een discussie verwikkeld met een collega over de wijze waarop elektrische energie wordt omgezet in een motor. De betreffende case gaat over een ventilator die de lucht in beweging brengt. Mijn redenatie is dat ongeveer 10%-20% van de energie verloren gaat in warmte door de verliezen in de motor (koper- hysteresis-, werverstroomverliezen ect.). Deze verliezen resulteren (blijkbaar) in het warmer worden van de motor. De rest van de energie wordt volgens mijn stelling omgezet in arbeid om de lucht te verplaatsen.

Nu is de stelling van mijn collega dat deze (arbeids-)energie op den duur weer warmte wordt. De lucht botst tenslotte tegen wamden en andere obstakels waardoor wrijvingswarmte ontstaat. Mijn redenering is dat de energie in de arbeid “verloren” gaat waardoor de wet van behoud van energie gewoon opgeld doet. Ik kan dat echter niet onderbouwen met een deugdelijke formule of redenatie.

Wie kan mij daarbij helpen?

Groet,

Bart van Lindert

uiteindelijk zal alle energie vervallen in warmte. Warmte is de 'simpelste' vorm van energie.

Met de wet van behoud van Energie wordt gezegd dat er geen energie verloren gaat. De energie die (in dit geval op de ventilator + E-motor) in een systeem gaat zal worden omgezet in een andere vorm, meestal warmte (door wrijving etc.), maar de totale energiebalans = 0.



Er kan dus op den duur (zoals je collega beweert, als ik het goed begrijp uit je verhaal) geen nieuwe energie worden gecreëerd. Deze warmte (energie) is een omzetting van wat er al is ingegaan middels de motor.

Helly1975 schreef:Met de wet van behoud van Energie wordt gezegd dat er geen energie verloren gaat. De energie die (in dit geval op de ventilator + E-motor) in een systeem gaat zal worden omgezet in een andere vorm, meestal warmte (door wrijving etc.), maar de totale energiebalans = 0.  

 

Er kan dus op den duur (zoals je collega beweert, als ik het goed begrijp uit je verhaal) geen nieuwe energie worden gecreëerd. Deze warmte (energie) is een omzetting  van wat er al is ingegaan middels de motor.

Mijn stelling was dat als de motor 80% rendement heeft slechts 20% van de toegevoerde energie wordt omgezet in warmte. Om een motor van 1 kW te koelen zou dan slecht 0,2 kW koelvermogen nodig zijn. Mij collega bestrijdt dat en zegt dat er 1 kW koelvermogen nodig is.

Mijn stelling was dat als de motor 80% rendement heeft slechts 20% van de toegevoerde energie wordt omgezet in warmte. Om een motor van 1 kW te koelen zou dan slecht 0,2 kW koelvermogen nodig zijn. Mij collega bestrijdt dat en zegt dat er 1 kW koelvermogen nodig is.

Nu ben ik je even kwijt:

Wordt er in de case gesproken over een E-motor die een ventilator aandrijft? en wil je de E-motor met een ander systeem koelen? Als dit laatste het geval is kan je niet het rendement van de E-motor gebruiken voor bepaling voor het benodigde koelvermogen omdat dit een ander systeem is.

Of bedoel je een ventilator die in de E-motor zit en lucht aanzuigt?. Als dit laatste het geval is zal deze op de as zijn gemonteert (als 1 systeem dus, anders heb je immers weer een extern koelsysteem) en zal de aandrijving geschieden door de totaal benodigde energie in dit geval dus 1 Kw.

Als ik je geheel verkeerd heb begrepen omschrijf dan je probleemstelling even wat nauwkeuriger. Dus wat drijft wat aan? en wat wordt er gekoeld en waardoor?.

Bart van Lindert schreef:Mijn stelling was dat als de motor 80% rendement heeft slechts 20% van de toegevoerde energie wordt omgezet in warmte. Om een motor van 1 kW te koelen zou dan slecht 0,2 kW koelvermogen nodig zijn. Mij collega bestrijdt dat en zegt dat er 1 kW koelvermogen nodig is.

Nu ben ik je even kwijt:

Wordt er in de case gesproken over een E-motor die een ventilator aandrijft? en wil je de E-motor met een ander systeem koelen? Als dit laatste het geval is kan je niet het rendement van de E-motor gebruiken voor bepaling voor het benodigde koelvermogen omdat dit een ander systeem is.

Of bedoel je een ventilator die in de E-motor zit en lucht aanzuigt?. Als dit laatste het geval is zal deze op de as zijn gemonteert (als 1 systeem dus, anders heb je immers weer een extern koelsysteem) en zal de aandrijving geschieden door de totaal benodigde energie in dit geval dus 1 Kw.

Als ik je geheel verkeerd heb begrepen omschrijf dan je probleemstelling even wat nauwkeuriger. Dus wat drijft wat aan? en wat wordt er gekoeld en waardoor?.

Het gaat exact om het volgende. In een ruimte staat b.v. voor 20 kW aan computerappartuur opgesteld. Voor de koeling is een waterkoeler opgesteld die op een externe koeltoren is aangesloten. Dat ding kan dus echt 20 kW koelen. Het heeft echter een grote ventilator om de lucht aan te zuigen en door de koeler te blazen. De motor verbruikt 1 kW aan electrisch vermogen. De vraag die nu openstaat is of het effectieve koelvermogen 19 kW of +/- 19,8 kW is.

[In de praktijk werken we met grotere getallen maar voor het voorbeeld maakt dat niet veel uit].

Ik vind het nog steeds een gek idee dat de arbeid nodig om de lucht in beweging te krijgen uiteindelijk weer in warmte resulteert.

Ik ben niet zo bekend met koelsystemen maar als ik je goed begrijp zijn er dus 2 aparte systemen namelijk waterkoeling, en een ventilator welke wordt aangedreven door een 1kW motor welke de koeltoren van luchtstroming (koeling) voorziet.

Je kan het koelsysteem niet gaan vergelijken met de motor en ventilator. Het koelsysteem van water zal (waarschijnlijk) worden aangedreven door een pompje en extern worden gekoeld door de ventilator. En een 20 kW koelsysteem zal niet voor 20kW koelen er zal altijd omzetting zijn van energie. Er bestaan namelijk geen processen met een rendament van 100%

Ik vind het nog steeds een gek idee dat de arbeid nodig om de lucht in beweging te krijgen uiteindelijk weer in warmte resulteert.

Dit komt doordat bijvoorbeeld de as welke in lagers ligt rolweerstand ondergaat (wrijving) hierdoor loopt de temperatuur op. Het verhaal van jouw collega dat de lucht tegen de wanden aan botst en hierdoor temperatuur stijging zal krijgen, lijkt mij stug maar ik kan dit niet ontkrachten. Misschien dat een natuurkundig dit kan bevestigen of ontkrachten.

beste Bart, de wet van behoud van energie, is universeel, jong.

ook al zijn er "exacte" wetenschappers die niet geloven, wat ik zeg nu zeg, da's de wet van de Schepper: "wat ik u gegeven hebt, is voldoende wat u nodig heeft" (dit behoord tot het geloof. tenandere, zolang géén enkel wetenschpper kan zeggen, wat er eerst was: 'kip of ei', ... sorry, er zijn nu eenmaal vele geheimen die wij als mens nooit zullen weten/kennen)

maar goed, de wet van behoud:

die zegt als volgt:

"energie kan je niet maken noch vernietigen! slechts omzetten in een andere energievorm met als compensatie, thermo(-nucleaire-)dynamica.

anders gezegd, warmte verlies.

let op! voor de mens is dat een verlies, maar bij de Zon is dat heel belangrijk. namelijk, het werkt op kernfusie principe. en daar is de warmte van cruciaal belang.

kortom, voor al diegene die geloven in een perpetuum mobile, zeg ik als volgt: vergeet het maar.

(energie haal je toch zomaar niet uit het niets)

wat betreft een motor of generator:

kan je een motor/generator maken met rendement 1 (100%)?

naar mij mening, ja!

hoe?

indien een motor zou gekoeld worden door hydrogene koelvloeistof, zal de weerstand , op een geleider = 0 ohm (Pj =I²*R)worden. verklaring:

bij een koeling van -270°C wordt de elektromagneet tot een zeer lage temperatuur afgekoeld. bij deze temp. verliest de draad in de magn.spoel elke weerstand tegen de elektrische stroom! op deze manier wordt het een supra-geleider. gevolg: de magnetische veld wordt gigantisch sterker.

dus... er is een mogelijheid. maaaaaaaaaar, het kostplaatje daarvan, dat is iets anders.

(nu, volgens mij.... de hedendaagse motor met rendement 0.8 en een arbeidsfactor van 0.99, da's ook niet mis.

Phillip schreef:wat betreft een motor of generator:

kan je een motor/generator maken met rendement 1 (100%)?

naar mij mening, ja!

hoe?

indien een motor zou gekoeld worden door hydrogene koelvloeistof, zal de weerstand , op een geleider = 0 ohm (Pj =I²*R)worden. verklaring:

bij een koeling van -270°C wordt de elektromagneet tot een zeer lage temperatuur afgekoeld.  bij deze temp. verliest de draad in de magn.spoel elke weerstand tegen de elektrische stroom! op deze manier wordt het een supra-geleider. gevolg: de magnetische veld wordt gigantisch sterker.dus... er is een mogelijheid. maaaaaaaaaar, het kostplaatje daarvan, dat is iets anders.(nu, volgens mij.... de hedendaagse motor met rendement 0.8 en een arbeidsfactor van 0.99, da's ook niet mis.

Volgens mij beschrijf je iets wat alleen de motor of generator aangaat. Echter lijkt het mij het doel van een motor dat deze iets aandrijft je zal hoe dan ook met omzettingen te maken krijgen en om deze reden ook geen motor kunnen realiseren van een redement van 100%, In mijn beleving zijn processen met een redement van 100% natuurkundig onmogelijk.

..... In mijn beleving zijn processen met een redement van 100% natuurkundig onmogelijk.

Het is maar hoe je het bekijkt. Neem b.v. een warmte-kracht centrale. Daarin dient aardgas als brandstof voor een zuigermotor. De motor drijft een generator aan die elektriciteit produceert.

Van de totale verbrandingswaarde van het aardgas wordt ongeveer 40% omgezet in elektriciteit en via het koelcircuit van de motor wordt 30% warmte geproduceerd waarmee ze een bejaardenhuis of een tomatenkas verwarmen. Dan blijft er nog 30% over, dat zijn verliezen via de warmte van de uitlaatgassen en warmtestraling naar de omgeving.

Maar uiteindelijk wordt 100% van de in het aardgas aanwezige verbrandingswaarde omgezet in een andere energievorm.

En dat is ook wat de wet tot behoud van energie stelt, er kan geen energie verloren gaan.

Okee, een deel gaat voor ons wel verloren, in die zin dat we er niets nuttigs mee kunnen doen, maar uiteindelijk blijft alle energie ergens, al was het maar om het heelal te verwarmen.

maar uiteindelijk blijft alle energie ergens, al was het maar om het heelal te verwarmen.

Dus eigenlijk kan het heelal nooit het absolute nulpunt bereiken ? Want ik zag ooit in m'n leerboek dat het heelal ooit zo ver uitdijt dat het 0k word ...

Okee, een deel gaat voor ons wel verloren, in die zin dat we er niets nuttigs mee kunnen doen, maar uiteindelijk blijft alle energie ergens, al was het maar om het heelal te verwarmen.

Volgens mij beschrijf je precies wat ik zei. Namelijk er zijn geen processen of bewerkingen waar arbeid mee moet worden geleverd met een rendement van 100%. Met rendement geven we een percentage aan van het geen wat nuttig gebruikt kan worden afgezet tegen het geen we erin "stoppen"

Als je alleen uitgaat van de brandstof, deze wordt inderdaad 100% omgezet in andere vormen van energie en er gaat om die reden ook geen energie verloren. Ik dacht dat ik dat ook nergens beweerde dat dit niet zo is.

kijk , Helly 1975,

wanneer je nu een motor zou nemen, rechtstreeks koppelen aan een generator, dan verkrijg je als volg (rendement gezien):

we 'steken' 100% voeding in een motor, met de motorverliezen, verkrijgen we op de eindas: 85%. gekoppelt aan de generator, samen met de generatorverliezen, dan halen we 76.5% uit.

vandaar, perpetuum mobiel, zal niet werken: 76.5% terug aan de motor voeding.

mijn stelling is: de motor optimaliseren , via superkoeling, alsook de generator, dus

voeding 100% naar de motor -rendement 0.99%, gekoppelt aan generator -ook rendement 0.99% en , via behulp van bv: windmolens, zonnepanelen,... compenseren we de verliezen zodat de motor meer gevoed wordt met 100%. de cyclus herhaal zich.

da's toch mogelijk, of niet soms?

Phillip schreef:voeding 100% naar de motor -rendement 0.99%, gekoppelt aan generator -ook rendement 0.99% en , via behulp van bv: windmolens, zonnepanelen,... compenseren we de verliezen zodat de motor meer gevoed wordt met 100%. de cyclus herhaal zich.

da's toch mogelijk, of niet soms?

Nee, dat denk ik niet en wel om het volgende. De voeding moet 100% zijn en je rendement (nuttig gebruik) is lager. Je kan er niet meer instoppen dan de 100% of je dit nou uit windmolens of zonnecollectoren wilt halen maakt niet uit! (je moet naar het systeem kijken), nuttig zal er altijd minder zijn dan de 100% die erin gaat. Je kan alleen je rendement van je systeem (bewerking / arbeid) omhoog brengen zoals Klazon als voorbeeld geeft om bijvoorbeeld de vrijgekomen warmte te gebruiken voor verwarming.

Je kan alles stellen en aannames doen waarom het zou kunnen werken, tot je werkelijk gaat rekenen (met verifeerbare getallen) en energiebalansen gaat opstellen. Dan zal blijken dat het niet haalbaar is (kernfusie buitenbeschouwing). Dit is gewoon de ellende met energie je moet er meer instoppen dan dat het nuttig oplevert.

En laten we eerlijk zijn als dit zou werken zou het dan niet al lang en breed zijn toegepast?.

de energie zal uiteindelijk in warmte worden omgezet, ook de energie die gebruikt wordt om da lucht te verplaatsen.

Ik ben ook van mening dat je met je rendement van 80% omzetting in luchtverplaatsing erg hoog zit. Ik denk eerder dat dit nog niet boven de 50% uitkomt. Zeker bij dergelijke kleine motoren. Ook windmolens waar elektrische energie moet worden opgewekt zijn weinig efficient, daarom loont het ook erg (zelfs in Nederland) om gebruik te maken van zonnewarmte en deze middels een radiator warm water op te slaan onder de grond.