Energie und Arbeit

Factorio simuliert viele Aspekte der realen Physik, und der durchaus korrekte Umgang mit Energie ist ein wichtiger Aspekt.

Energie und Arbeit sind direkt voneinander abhängig.

Für eine weitere Erklärung siehe das Forum.

Definitionen

• Energie kann man sich als gespeicherte Arbeit vorstellen. Sie wird in Joule (Symbol J) gemessen.
• Arbeit ist das Ergebnis der Umwandlung einer Energieart in eine andere. Sie wird ebenfalls in Joule gemessen. (Siehe den Wikipedia-Artikel zur Arbeit.)
• Leistung ist die Rate der Arbeit. Die Menge der geleisteten Arbeit oder der erzeugten Energie in einer Zeiteinheit. Sie wird in Watt (Symbol W) gemessen. Ein Watt ist gleich einem Joule geteilt durch eine Sekunde, d.h. ein Joule pro Sekunde.
• Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen der geleisteten nützlichen Arbeit und der aufgewendeten Energie. Er wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt. Seine Einheit wäre Joule pro Joule, aber wenn man etwas durch dasselbe dividiert, hebt sich das auf, also ist es dimensionslos.
• Anergie, oder Energieentwertung, ist die Differenz zwischen verbrauchter Energie und geleisteter Nutzarbeit.

Wenn man eine Energiequelle über eine gewisse Zeit einsetzt, um eine physikalische Aufgabe zu erfüllen, dann hat sie Arbeit verrichtet und eine Energiemenge verbraucht.

Siehe auch Arbeit.

Arten von Energie

Energie gibt es als:

• Brennstoff. Die Energie, die in einer Einheit Brennstoff enthalten ist, wird als Brennstoffenergie bezeichnet. Jedes Gebäude oder Fahrzeug, das mit Brennstoff betrieben werden kann verbraucht in der Regel entsprechend seiner Leistung Brennstoff, solange es in Betrieb ist. Ein Beispiel:
  • Ein Auto hat eine Leistung von 250 kW, was bedeutet, dass es 250 kJ Brennstoff pro Sekunde verbraucht, während es beschleunigt (oder mit Höchstgeschwindigkeit fährt).
  • Kernreaktoren verbrauchen Kernbrennstoff mit einer Leistung von 40 MW. Wie bei den meisten anderen Geräten, die mit Brennstoff betrieben werden, ist dies konstant, solange es Brennstoff zu verbrauchen gibt.
  • Umgekehrt verbrauchen Heizkessel Brennstoff mit einer Rate entsprechend ihrer Last (Rate des abgeführten Dampfes), bis zu einem Maximum ihrer Nennleistung.
• Strom, der aus dem Stromnetz entnommen wird. Zusätzlich zum aktiven Stromverbrauch haben Geräte einen Leerlauf-Verlust, den Strom, den sie auch dann verbrauchen, wenn sie nicht arbeiten, solange sie mit dem Stromnetz verbunden sind. Ein Beispiel:
  • Eine Montagemaschine 1 hat einen Verlust von 3 kW und eine Leistungsaufnahme von 90 kW. Sie verbraucht 3 kJ pro Sekunde, wenn sie nicht arbeitet, und 93 kJ pro Sekunde, wenn sie arbeitet.
• Ladung in Akkumulatoren, persönlichen Akkus in Rüstungen und Flugrobotern.

Abstrakt existiert Energie auch als:

• Die potentielle Energie eines Stücks Erz oder einer Einheit Öl/Wasser auf dem Boden oder an/in einem Fließband/Rohr, verglichen mit dem gleichen Stück/Einheit unter dem Boden/in dem Meer.
• Die kinetische Energie in Robotern, Fahrzeugen und Gegenständen sowie der Avatar des Spielers während der Bewegung.
• Der durch Waffen, Fahrzeuge und Feuer verursachte Schaden.
• Die zusätzliche Ordnung (d. h. reduzierte Entropie) in einem zusammengesetzten Gegenstand im Vergleich zu seinen Komponenten.

Arten von Arbeit

Es gibt zahlreiche Arten von Arbeit, die man in Factorio beobachten kann. Meistens sind diese abstrakt und werden im Spiel nicht in Joule gemessen. Zum Beispiel:

• Der Spieler-Avatar, der seinen Körper und seine Ausrüstung umherbewegt, Bergbau und Handwerk betreibt, sowie baut, verrichtet Arbeit. Anders als im realen Leben wird dafür keine Energie benötigt (d. h. der Avatar muss nicht essen). Sein Wirkungsgrad ist daher unendlich. Auf der anderen Seite nehmen Beißer und ihre Nester offenbar Umweltverschmutzung auf und nutzen deren Energie, um sich zu bewegen, zu beißen, zu speien und sich zu vermehren.
• Fließbänder und Gewässerpumpen verrichten Arbeit, indem sie ihren Inhalt von einem Ort zum anderen transportieren. Geschützturme verrichten Arbeit, indem sie sich zum Zielen drehen und den Abzug betätigen. Unrealistischerweise, aber als bewusste Design-Entscheidung, benötigt keines dieser Geräte eine Energiequelle, und so ist auch ihr Wirkungsgrad unendlich.
• Geschütztürme (und andere Geschosse) verrichten auch Arbeit, indem sie die chemische Energie des Treibstoffs eines Geschosses in kinetische Energie im Geschoss selbst umwandeln, die wiederum Arbeit in Form von Schaden verrichtet. Laser-Geschütztürme wandeln Elektrizität eher direkt in Schaden um. Flammenwerfer und Flammenwerfer-Geschütztürme wandeln die chemische Energie von Öl in Schaden um.
• Fahrzeuge (Autos, Panzer und Züge wandeln die chemische Energie des Kraftstoffs in kinetische Energie (d.h. Bewegung) um. Wenn sie mit Dingen kollidieren, wandeln sie einen Teil dieser kinetischen Energie in Schaden um (weshalb sie dann langsamer werden).
• Greifarme und Pumpen (keine Gewässerpumpen) verrichten Arbeit, indem sie Gegenstände und Flüssigkeiten von einem Ort zum anderen bewegen. Dies erfordert Energie, entweder in Form von Brennstoff (für einen befeuerten Greifarm) oder Elektrizität (für andere Typen).
• Befeuerte Erzförderer und elektrische Erzförderer wandeln Energie (in Form von Treibstoff bzw. Elektrizität) in potentielle Energie um, die ein Stück Erz am Boden hält; Förderpumpe tun dasselbe, um Rohöl in ein Rohr zu bringen.
• Labore verrichten Arbeit, indem sie Wissenschaftspakete und Elektrizität in Forschung umwandeln.
• Maschinen, die Gegenstände produzieren, indem sie Eingangsprodukte in Ausgangsprodukte umwandeln (Ölraffinerien, Montagemaschinen usw.), verrichten Arbeit, indem sie die Komponenten in eine geordnetere Form zusammensetzen als das vorherige Produkt. Die daraus resultierende Erhöhung der Ordnung ist eine Form der potentiellen Energie. Die meisten verwenden dazu Elektrizität; die wichtigsten Ausnahmen sind Steinöfen und Hochöfen.

Die Arten von Arbeit, die in Joule gemessen werden, sind

• Heizkessel wandeln die chemische Energie des Brennstoffs in Wärme um, die sie an Wasser abgeben, um Dampf zu erzeugen. Heizkessel haben einen Wirkungsgrad von 50%, was bedeutet, dass die Hälfte der Energie des Brennstoffs verschwendet wird, anstatt in Dampf umgewandelt zu werden.
• Kernreaktoren wandeln die Kernenergie in Uran-Brennelementn in Wärme um. Wärmetauscher übertragen dann diese Wärme, die durch Wärmerohre transportiert wird, auf Wasser und erzeugen Dampf.
• Dampfmaschinen und Dampfturbinen wandeln die im Dampf gespeicherte Energie in Strom um.
• Solarpanel wandeln Sonnenlicht in Elektrizität um. ("Sonnenlicht" ist keine verbrauchbare Ressource, daher ist der Wirkungsgrad praktisch unendlich.)

Anergie (Energieentwertung) und Umweltverschmutzung: Unterschiede zur realen Physik

Ein Prozess mit höherem Wirkungsgrad (nützliche Arbeit pro verbrauchter Energieeinheit) produziert weniger Energieentwertung. Im wirklichen Leben ist die "gesamte" geleistete Arbeit immer gleich der verbrauchten Energie, aber die Menge der "nützlichen" Arbeit kann (normalerweise) geringer sein, kann aber nicht größer sein. Mit anderen Worten: Ein Prozess kann keinen höheren Wirkungsgrad als 100 % haben, d. h. er würde mehr Arbeit verrichten als die Energie, die man ihm zuführt. Dies ist bekannt als das Prinzip der Energieerhaltung. Die Differenz zwischen der nützlichen und der gesamten Arbeit ist die "Anergie", normalerweise in Form von Wärme. Die Unmöglichkeit, (alle) Anergie zur Verrichtung von Arbeit zu verwenden, ist als zweiter Hauptsatz der Thermodynamik bekannt.

Die tatsächliche Menge an Arbeit, die von den meisten Prozessen im Spiel verrichtet wird, wird nicht quantifiziert, aber dennoch sind sie im Allgemeinen nicht 100% effizient. Diese abstrakte Ineffizienz wird durch die Umweltverschmutzung repräsentiert, die von fast allen Maschinen produziert wird, wenn sie Arbeit verrichten (sowie durch das, was mit der physikalischen Materie des Brennstoffs passiert, wenn er verbraucht wird). Eine Ausnahme ist das Stromnetz. Im wirklichen Leben brummen Stromkabel, Transformatoren usw. und werden heiß, aber in Factorio erzeugt das Stromnetz keine Umweltverschmutzung.

In Factorio haben jedoch einige Dinge einen Wirkungsgrad von mehr als 100 %: Fließbänder und Gewässerpumpen bewegen Dinge, ohne dass sie mit Strom versorgt werden müssen, Geschütztürme rotieren und schießen ohne Strom, und Spieler bewegen sich und bauen Dinge, ohne dass sie essen müssen.