ما هي حاسبة الكفاءة؟
توضح لك حاسبة الكفاءة مقدار الطاقة التي تُدخلها إلى آلة أو جهاز أو عملية معينة وتخرج فعليًا على هيئة شغل مفيد. والكفاءة (التي يُرمز إليها بالحرف اليوناني \(\eta\) المسمّى "إيتا") هي النسبة بين الطاقة الخارجة المفيدة والطاقة الداخلة، معبَّرًا عنها بنسبة مئوية. ولا يوجد نظام مثالي الكفاءة على الإطلاق، إذ يضيع جزء من الطاقة دائمًا على شكل حرارة أو احتكاك أو صوت أو غير ذلك، ولهذا تكون الكفاءة دائمًا أقل من 100%.
كيفية الاستخدام
أدخِل الطاقة الخارجة المفيدة (وهي الطاقة التي تؤدي المهمة التي تريدها) والطاقة الداخلة (وهي إجمالي الطاقة المُزوَّدة). تقوم الحاسبة بقسمة الطاقة الخارجة على الداخلة، ثم تضرب الناتج في 100، وتعرض نسبة الكفاءة المئوية إلى جانب مقدار الطاقة المفقودة. يمكنك استخدام أي وحدة متسقة، سواء الجول أو الكيلوواط/ساعة أو الوحدة الحرارية البريطانية (BTU)، بل وحتى الواط للقدرة، شريطة أن تستخدم القيمتان الوحدة نفسها.
شرح المعادلة
المعادلة الأساسية هي $$\eta\,(\%) = \frac{\text{الطاقة الخارجة}}{\text{الطاقة الداخلة}} \times 100\%$$ فإذا سحب محرّك 1000 جول وأنتج 800 جول من الشغل الميكانيكي، تكون كفاءته \(800 \div 1000 \times 100 = 80\%\). أما الـ200 جول المتبقية فهي طاقة مفقودة، عادةً على شكل حرارة. والمفقود ببساطة هو الطاقة الداخلة ناقص الطاقة الخارجة.
مثال محلول
تستهلك محطة توليد كهرباء 5000 ميغاجول من الطاقة الكيميائية المستمدة من الوقود، وتنتج 2000 ميغاجول من الطاقة الكهربائية. الكفاءة \(= 2000 \div 5000 \times 100 = \) 40%، مع فقدان 3000 ميغاجول على شكل حرارة مهدورة، وهو رقم نموذجي لمحطة توليد حرارية.
الأسئلة الشائعة
هل يمكن أن تتجاوز الكفاءة 100%؟ لا. فذلك يعني أن الجهاز ينتج طاقة أكبر مما يستهلك، وهو ما يخالف قانون حفظ الطاقة. وإذا حصلت على نتيجة تتجاوز 100%، فأعد التحقق من قيمتي الطاقة الداخلة والخارجة.
هل تؤثر الوحدة في النتيجة؟ المهم فقط أن تشترك القيمتان في الوحدة نفسها. ولأن الكفاءة نسبة، فإن الوحدات تُختزل، ليبقى الناتج نسبة مئوية صرفة.
هل يمكنني استخدام القدرة بدلًا من الطاقة؟ نعم. حساب الكفاءة من القدرة الخارجة ÷ القدرة الداخلة يعطي النسبة المئوية ذاتها التي تعطيها الطاقة، لأن القدرة هي الطاقة في وحدة الزمن.
