[汽车百科] 10千克重的钢制飞轮可以储存多少能量？相当于几度电？

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[汽车百科]10千克重的钢制飞轮可以储存多少能量？相当于几度电？

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制成什么形状，储存的能量最多。最高转速可以达到多少转？

别折腾了, 直接用福特航母上的飞轮来算吧:
福特号的电磁弹射用的飞轮直径大约1米, 重6.9吨, 转速每分钟6400转.
飞轮的转动动能（E）可以用以下的数学公式表示：
E = (1/2) × I × ω^2
其中，I 是飞轮的转动惯量，ω 是飞轮的角速度。
对于实心圆柱体（飞轮可以近似看作实心圆柱体），其转动惯量 I 可以用以下公式表示：
I = (1/2) × m × r^2
其中，m 是飞轮的质量，r 是飞轮的半径（直径的一半）。
而角速度 ω 与转速 n 的关系是：
ω = 2π × n/60
其中，n 是飞轮的转速（每分钟转数）。每分钟6400转对应的弧度/秒是 6400 × 2π / 60。
计算结果为：飞轮储存的能量是 193707436 焦耳。
另外，我们知道1度电是 3600000焦耳。
折合成电，这个能量相当于 53.8 度电。
6.9吨的大铁坨, 也只能存53.8度电, 你那个10公斤的小盘子其实更适合做成哑铃片.

储能飞轮的储能密度为
E=K*σ/ρ
与材料需用应力成正比，材料密度反比。
K是飞轮的形状系数，理想的等强度飞轮为1，实实心圆盘为0.606
10Kg的钢飞轮出能量在0.1KWH左右

无缺陷纯铁晶体，剪切模量80GPa。铁的密度是7.86g/cm3，10kg铁大概0.00127立方米，1272.26立方厘米。经过我高一物理的计算，能跑到3000m/s，携带动能约5*10^7J。然而一度电是3.6*10^6焦，只能储存不到14度电。

我记得有一位玩飞轮，炸机之后腿没了。目前的材料强度约束不了超高转速，除非用重力约束，否则飞轮解体太危险。

真空中的由磁场托起的铁圈，可能就是最大储能模式了。
极细的钢圈，不知道能不能达到光速。
万一到光速，那动能就好计算了。

最大应该是E=mc^2

借用网友的计算，我大学时候会算，现在只会搜索。不要和我讨论细节，因为我都忘光啦！
E = 0.5 * I * ω^2
其中，E表示储存的能量，I表示飞轮的转动惯量，ω表示角速度。转动惯量可以使用以下公式计算：
I = 0.5 * m * r^2
其中，m表示质量，r表示半径。
代入数据计算得到飞轮的转动惯量为0.625千克·米^2，角速度为104.72弧度/秒，代入能量公式计算得到：
E = 0.5 * 0.625 * (104.72)^2 = 3370.69焦耳
换算成电能，假设能量转换的效率为100%，即所有能量都可以转换成电能，则可得：
3370.69焦耳 / 3600秒 = 0.9368千瓦时
不到一度电。
顺便说一下，福特号航母用了69吨的飞轮，肯定牺牲机动性的，因为飞轮本身就是陀螺，它自身会维持稳定性，急转弯啥的肯定它不让。

无限。
质量会随着速度的增加，而无限增加。
地球上检测到的上帝粒子，携带的能量相当于一个棒球。
如果把一公斤的氢原子，加速到和这枚粒子差不多的速度，质量会膨胀到三亿四千万一百万吨，纯动能相当于太阳一百秒释放出来的全部能量。
能把地球表面烧成玻璃。

与问题无关
很多时候我就在想。
两块五一节的电池，要是能存5毛的电该多好。
一些赛车上使用的飞轮储能系统，飞轮是由碳纤维绕制的。腔体还得抽真空。具体绕了多少公斤的碳纤维还真没找到，可能在他们的论文里会提到。

这么说吧，10kg钢制飞轮，能通过储存动能约束住的能量，绝对不会超过它熔铸时的耗能。
事实上，它能转多快跟自身材质关系不大，看得是轴承材质。能量再高，轴承的摩擦力不是0，摩擦耗能把轴承“熔铸”了，飞轮上能量越高，乐子越大。
就空调那种450V，35微法的启动电容，炸一下都能伤人，10kg的飞轮轴承碎了，10mm的同质地钢板都挡不住。
1度电是3.6MJ，一般.45猎枪弹的出膛动能大概3.6KJ，一度电的动能让10公斤铁飞个十来米远毫无问题，“出射角”理想一点飞个几十米也不是没可能。
飞轮这玩意也就在没人的地方玩玩，还得封在水泥里，炸的时候别飞到隔壁的农场里去…
不知道最近几年哪来一群疯魔，为了骗补贴，想把这玩意往人口密集区和车辆上装…
巴掌大的铁饼，从天而降，真吃不消。
love╮(￣▽￣"")╭peace

不到一度电，明天给你看我怎么算的。
拖了几天，现在开始：
E=12mv2" role="presentation">E=12mv2E=\frac{1}{2}mv^{2} 动能公式
F=mv2r" role="presentation">F=mv2rF=m\frac{v^{2}}{r} 向心力公式
两个公式稍微变换一下得到：
E=12Fr" role="presentation">E=12FrE=\frac{1}{2}Fr
在不考虑充放电的情况下，匀速旋转时，飞轮只有向心力和重力，忽略重力，就只有向心力了。
飞轮用钢丝做，对折，中间就是飞轮圆心的位置，那么，设这时质心半径为r，一圈钢丝的长度就是8r，飞轮半径为2r，如图所示：

模型完成，开始计算
网上找找数据，不同工艺的钢丝抗拉强度区别很大，网上查到最大的有3000多MPa，有的只有400多MPa，取个1000MPa，即1000N/mm，用1平方毫米的钢丝，那么，F=1000N。
飞轮半径，取0.2m，那么，r=0.1m，一圈对折的钢丝，长度0.8m，然后就能计算出一圈钢丝的重量。
接下了用python写个计算式：

经过测试，半径取值多少，数值都是一样的。关键是钢丝抗拉强度，即使换成3000MPa，也达不到0.3度电。
要增大储电量，那就必须增加飞轮重量，用强抗拉强度更大的材料。
飞轮储能用于电网，根本不可能和电池竞争，只能依靠大功率充电放电能力，作为分钟级别的缓冲设施。并且这个缓冲设施，面临超级电容的竞争，基本上可以说，钱途无亮。除非材料科学出现史诗级的进步。
最后关于答主的怎么设计，我想我已经回答了
部分答主说的多少转会断裂，多大的线速度会断裂，这是错误的，不同半径，能承受的线速度、转速，都是不一样的。并且线速度和半径一样，不影响最大储能能力。只有两个因素影响：
飞轮质量，质量越大，储能越大
飞轮材质，抗拉强度越大，储能越大

假设能转到光速，那可以存储的能量是无穷大

采用18Ni350这种钢，线速度可以做到870m/s，mV2/4=1892.25kJ，约0.5度电

e=mc^2

10kg的钢制转子的话，转速要看具体材料的弹性模量等参数，估计也就3万转左右吧，这样估计不会超过1度电。碳纤维转子的话，转速在6万转，应该有几度电。

题主应该至少增加以下限制条件，
1，此飞轮不受任何大质量天体的任何影响，包括但不限于引力
2，在理想的洁净环境下，包括但不限于不受任何其他粒子或电磁波的干扰
3，计入相对论效应
4，在有限的时间尺度内讨论，不应计算质子中子衰变等
5，实验品需保持存在，不允许被湮灭
6，狗头狗头狗头狗头狗头狗头狗头狗头狗头狗头

ChatGPT版回答：
如果假设机械能转换效率为100%，那么我们可以将钢制飞轮储存的能量直接转换为电能来比较。常见的家用电器的能耗一般以千瓦时（kWh）为单位，因此我们可以将钢制飞轮储存的能量转换成等效的千瓦时数。
首先，我们需要确定钢制飞轮的半径。假设半径为1米（这只是一个示例值，实际应用中可以根据具体情况调整）。然后，我们可以使用给定的质量和半径来计算飞轮的转动惯量。最后，我们需要估算最高转速以及通过这个转速来计算飞轮的储能量。最终，我们将储存的能量转换为电能。

能量转换为电能：
1 kWh=3,600,000 J1kWh=3,600,000J
98,174 J÷3,600,000 J/kWh≈0.0273 kWh98,174J÷3,600,000J/kWh≈0.0273kWh
因此，这个钢制飞轮储存的能量相当于大约 0.0273 kWh0.0273kWh，或者可以理解为27.3瓦时（Wh）。

为什么不让钢轮带电？
如果我们让它带电，并且将其置于磁场中，那么在钢轮转动过程中产生的等效电流提供的安培力也可以约束钢轮（注意磁场方向），从而提升极限速度——另外一方面，作为电容的钢轮也天然存储了电能。（而且钢轮的轴承摩擦不可避免，但是电容的漏电可以做到忽略不计）
不过关键问题是通常意义下钢轮存储的电荷量太小，而且产生的磁场强度不够强，这导致磁约束仅仅聊胜于无
我感觉要是能够完成这个磁约束的磁场强度的话，可控核聚变早就做出来了（）
咳咳，不管怎么说，机械能-电能复合储能设备应该是比纯机械能储能要多...的吧？
诶我突然想到一个事啊，如果我们的加工精度可以做到外圈转子和内圈定子之间产生卡西米尔效应...
....err算了当我没说，这玩意恐怕比磁约束更难一阶

10公斤重的飞轮储能很少的，我觉得其实可以加工一下当刹车片用。

你只有质量一个条件？远远不够！
飞轮截面形状有影响。直径越大，截面积尽量放到回转半径大的位置，转动惯量就大。储存的能量就多。还有转速越高，储存的能量越高，公式记不清了，好像是和转速的平方成正比关系。
所以理论上讲，你这个飞轮能存储不少能量。

你是否再找卡车轮子(≧ω≦)/

就算飞轮能做到零损耗，边沿能达到一千米美妙，也储不了多少能吧？飞轮适合暂储，随储随释

如果换成10千克的工业钻石呢？

我顶呀