Where the Rest of the Energy Goes — Reading a Sankey
ونش كهربي يُغذّى بقدرة ثابتة مقدارها 2500 واط مهما فعلت به. مزلاق واحد يضبط كفاءته، ومخطط سانكي بجواره يُعاد رسمه لحظيًا: سهم داخل، وسهمان خارجان، وكل عرض يتناسب حقًّا مع الطاقة التي يحملها. اضغط الفرع المفيد فلا يجد الباقي منفذًا إلا الخروج من غلاف المحرّك حرارةً — ويستغرق الحمل نفسه، 250 كجم، زمنًا أطول ليبلغ القمة على الكهرباء نفسها.
كيف تستخدم هذه المحاكاة
- «كفاءة الونش» — المزلاق الوحيد، من 20٪ إلى 95٪، وعلى مساره علامتان عند 70٪ و85٪، كفاءتان تستحقّان المقارنة
- اسحب في أي مكان من المشهد للدوران حول الونش وقراءة مخطط سانكي من أمامه
ما الذي تلاحظه
- المفيد + المهدر يعود دائمًا إلى 2500 واط. وهذه هي كل الحيلة في قراءة مخطط سانكي
- الطاقة المفيدة عالقة عند 14.7 كيلوجول — وهي mgh لـ250 كجم خلال 6.0 م — أينما وضعت المزلاق. والذي تغيّره الكفاءة الرديئة هو الكهرباء التي اضطررت لشرائها
- نصّف الكفاءة فيستغرق الرفع ضعف الزمن على ضعف الكهرباء، من أجل النتيجة نفسها تمامًا في القمة
- يحمرّ غلاف المحرّك ويتكاثف الهواء الساخن فوقه كلما اتّسع فرع الهدر: الطاقة المهدرة ليست ضائعة، بل هي في الغرفة
الفيزياء وراءها
الكفاءة هي الكسر الذي يخرج من الدخل شغلًا مفيدًا، η = طاقة الخرج المفيد ÷ طاقة الدخل الكلية. وهي عدد مجرّد بلا وحدة، يُكتب كسرًا عشريًا أو نسبة مئوية، ولا يبلغ الواحد الصحيح في أي جهاز حقيقي. والقاعدة التي تجعل مخطط سانكي نافعًا هي حفظ الطاقة: الدخل يساوي مجموع كل ما يخرج، فأي خرج مجهول يُحسب بطرح المعلوم من الكلي. وهنا قوة الكابل mg = 2450 نيوتن، فالقدرة المفيدة هي التي تحدّد السرعة، v = P_مفيدة / 2450. وعند 73.5٪ يحوّل الونش 2500 واط إلى 1837.5 واط من الرفع، فيصعد الحمل بسرعة 0.75 م/ث، ويستغرق رفع الـ6.0 م 8.0 ث، وتكون 20.0 كيلوجول من الكهرباء قد اشترت 14.7 كيلوجول من الرفع مع تبديد 5.3 كيلوجول — معظمها طاقة حرارية في ملفّات المحرّك.