Обучение: Прикладная математика энергии
В этом руководстве будет дан ответ на вопрос: как много потребуется угля для обеспечения электроэнергией завода?
Сперва, необходимо узнать, сколько электроэнергии потребляет завод. Сделать это весьма просто — достаточно нажать на опору ЛЭП.
На рисунке видно, что из потребителей есть только радар, потребляющий 300 кВт электроэнергии. В Factorio используются элементы реальной науки. Ватт (Вт) есть единица измерения мощности, которая характеризует скорость преобразования электрической энергии. 1 кВт равен 1000 Вт, 1 МВт равен 1000 кВт и, если вам удастся построить достаточно большой завод, 1 ГВт равен 1000 МВт.
И так, ответ на вопрос сколько энергии потребляет завод получен. Чтобы наш завод работал на полной скорости, необходимо обеспечить 300 кВт электроэнергии. Для удобства сравнения, преобразуем 300 кВт в 0,3 МВт.
Следующий вопрос! Как много энергии содержится в угле? Это тоже весьма простой вопрос, т.к. для ответа на него достаточно навести курсор на уголь: 4 МДж.
Джоуль тоже является стандартной единицей измерения. Как и Вт: кДж равен 1000 Дж и т.д. Существует однозначная связь джоулей и ватт: 1 джоуль энергии может обеспечить 1 ватт мощности за 1 секунду.
J = W × s, где J — энергия, Дж; W — мощность, Вт; s — время, с.
Т.о. для обеспечения завода, потребляющий 0,3 МВт требуется 0,3 МДж каждую секунду.
Квиз
Как долго 1 единица угля (4 МДж) сможет поддерживать работу радара (0,3 МВт)?
Разверните, что бы получить ответ.
4 МДж = 0,3 МВт × s
s = 4 МДж ÷ 0,3 МВт
s = 13,33 с
Ответ: чуть больше 13 секунд.
Какой максимальной мощности должен быть завод, который бы потреблял 1 единицу угля в 5 секунд?
Разверните, что бы получить ответ.
4 МДж = MW × 5 с
MW = 4 МДж ÷ 5 с
MW = 0,8 МВт
Ответ: 0,8 МВт.
Бонус! Тонна угля в реальном мире содержит примерно 21 ГДж. Сколько весит 1 единица угля из Factorio?
Разверните, что бы получить ответ.
Отношение энергий будет соответствовать соотношению масс:
4 МДж / 21000 МДж = масса ÷ 1000 кг
масса = (4 МДж ÷ 21000 МДж) × 1000 кг
масса = 0,19 кг
Ответ: около 190 г! Что по-прежнему не объясняет, почему персонаж может нести так много всего...
Теперь известно все, чтобы ответить на изначальный вопрос: как много потребуется угля для обеспечения электроэнергией завода? Сформулируем вопрос чуть более точно: как много потребуется угля в секунду для обеспечения электроэнергией завода?
Ремарка: почему радар работал 20 с, а не 13,5 (50% от 27 с)?
Потому что он включился и выключился не мгновенно. Как видно из графика: потребление резко (но не мгновенно) поднимается и опускается. Технически, если измерить площадь под кривой на графике, будет получено значение равное 4 МДж.
Квиз
Как много угля требуется для обеспечения завода мощностью 20 МВт?
Разверните, что бы получить ответ.
Ответ: учитывая J = W × s, 20 МВт завод потребляет 20 МДж/с. Зная, что в 1 единице угля содержится 4 МДж, мы получаем 5 единиц угля в секунду(5 × 4 МДж = 20 МДж).
Бонус! Как много буров потребуется для производства такого количества угля?
Разверните, что бы получить ответ.
Ответ: на странице по ссылке указано, что скорость добычи электрического бура равна 0,5 в секунду, т.о. нам необходимо 10 электрических буров (10 × 0,5 = 5).
Второй бонус! Среднее американское домохозяйство потребляет 3.2 ГДж в месяц (обычно выражается как 888 кВт*ч). Как много единиц угля из Factorio потребуется для обеспечения одного такого дома за тот же период и как много домов может обеспечивать паровой двигатель (900 кВт), полагая что электроэнергия потребляется на постоянном уровне (пусть в месяце будет 30 дней).
Разверните, что бы получить ответ.
3.2 ГДж = 3,200 МДж 3200 МДж ÷ 4 МДж = 800
3200 МДж ÷ 30 дней ÷ 24 часов ÷ 60 минут ÷ 60 секунд = 1234.5679 Вт 900,000 Вт ÷ 1234.5679 Вт = 729
Ответ: 800 единиц угля потребуется на одно домохозяйство и 729 домохозяйств может обеспечивать один паровой двигатель.