لغز المُولدّات: الحلّ

في الفيديو السابق، أظهرنا أنه عندما نقوم بتوصيل مولّدين اثنين ببعضهما البعض، فإنّ دوران أحدهما سيتسبب في دوران الآخر. لكن ما هي النسبة بين الدورات؟ هل سيدور المولد الواحد دورة كاملة مقابل كل دورة تمّت في المولد الآخر؟

الشرح

كفاءة تحويل الطاقة هي النسبة بين الطاقة المُستفادة (الداخلة إليه) في نظام معين والطاقة المستهلكة (الخارجة منه). تبلغ الكفاءة الكلية في التجربة التي أجريناها 70 في المائة (قمنا بتدوير 10 دورات و"حصلنا" على سبعة)، وهي تتضمن بشكلٍ عام تحويلين للطاقة: من الطاقة الميكانيكية إلى الطاقة الكهربائية (دوران المقبض في المولد الأول)، ومن الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكية - في المولد الثاني المستخدم كمحرك. تجدر الإشارة إلى أنّ كفاءة 70 في المائة تعتبر جيدة نسبيًا. في محرك الاحتراق الداخلي - مثل محرك البنزين في السيارة - لا تزيد الكفاءة عن 20 في المائة في المحرك المتوسط الاعتيادي، حيث تصل كفاءة أفضل المحركات الموجودة إلى حوالي 40 في المائة للطاقة المخزنة في البنزين. تُعرف المحركات الكهربائية بكفاءتها الجيدة ويمكنها تحويل ما يصل إلى 99-90 في المائة من الطاقة الكهربائية التي تغذيها إلى الطاقة الميكانيكية، لذا يدّعي بعضهم أنها أفضل من محركات البنزين (على الرغم من أنّ هذا الأمر ليس كافيًا لتحديد ذلك؛ إذ يجب أيضًا إنتاج الطاقة الكهربائية بصورة ما...). لأسباب تتعلق بقوانين الديناميكا الحرارية، لا يوجد محرك قادر على تحويل 100 بالمائة من الطاقة الحرارية إلى عمل. إنّ الآثار المترتبة على قانون الطبيعة هذا هي أنه في كل تحويل للطاقة إلى أي نوع آخر (على سبيل المثال: طاقة كهربائية إلى طاقة حركية) ينبعث جزء من الطاقة إلى البيئة على هيئة حرارة، وفي الواقع فإنّها "تضيع". لذلك عندما نريد استخدام الطاقة، فمن الأفضل بشكل عام استخدامها بشكلٍ مباشر قدر الإمكان مع أقل عدد ممكن من التحويلات. على سبيل المثال: إذا أردنا تسخين الماء باستخدام ضوء الشمس، فإنّ تحويل ضوء الشمس إلى حرارة (كما هو الحال في السخان) أفضل من تحويل الضوء إلى كهرباء ومن ثم تحويل الكهرباء إلى حرارة.