Intuicyjnie każdy rozumie słowo sprawność - to coś dobrego - im sprawniej tym lepiej. "Sprawność" w rozumieniu fizyki, to takie samo pojęcie, nie trzeba się go bać tylko dlatego, że posiada ścisłą definicję naukową. Ponieważ fizyka jest nauką uniwersalną, musi posługiwać się pojęciami ogólnymi. Dlatego w definicji sprawności pojawia się pojęcie najogólniejsze "energia". Nie trzeba go rozumieć, wystarczy pamiętać, że oznacza ono wszystko to, co cenne - co warto mierzyć i porównywać wyniki pomiarów. Kiedy porównujemy procesy, porównujemy dwie liczby mówiące o tym, który proces daje więcej energii - który proces jest sprawniejszy.
Proces przetwarza energię - przetwarza jedną postać cennych dóbr w inne cenne dobra. Proces zawsze zużywa troszkę energii, o której mówimy, że się marnuje, czyli rozprasza, jak mówią fizycy.
Proces można sobie wyobrazić jak czarną skrzynkę. Wkładamy do niej z Lewej (L - to tylko nazwa umowna) strony cenne dobra, w skrzynce coś się dzieje... potem otwieramy drzwiczki z Prawej (P) strony skrzynki i wyciągamy z niej inne cenne dobra. Liczymy energię włożoną do skrzynki i liczymy energią, którą wyjęliśmy z tej skrzynki. Fizycy zaobserwowali, że zawsze wyjmiemy mniej energii niż jej włożyliśmy - część energii skrzynka rozprasza, np. w postaci promieniowania.
Dzięki temu możemy sprawność mierzyć w procentach - to ulubiony sposób większości ludzi. Przyznam, że ja wolę powiedzieć "połowa" lub 1/3, ale ja jestem matematykiem. Normalni ludzie wolą powiedzieć "50%" lub "33,33...%". Fizycy lubią trafiać do normalnych ludzi, więc czynią ukłon w ich stronę i definiują sprawność w procentach - im większy procent, tym lepsza sprawność - mnie energii się marnuje.
Sprawność = 100%*EP/EL, gdzie EP to energia wyjęta z Prawej strony, a EL to energia włożona z Lewej strony.
Energia Rozproszona (ER) nas nie interesuje, ale warto wiedzieć, że EL=ER+EP.
Porównajmy teraz kilka procesów - kilka różnych czarnych skrzynek. Do każdej z nich włożymy tę samą porcję metanu, zamkniemy drzwiczki P, otworzymy drzwiczki L i ze skrzynki wyskoczy pędzący samochód za każdym razem o tej samej masie. Porównamy te samochody, aby porównać sprawność skrzynek. Jak łatwo się domyślić, najsprawniejsza skrzynka wypluje najszybszy samochód. Językiem fizyki: będziemy mierzyć energię "kinetyczną" samochodu.
A teraz trzeba opisać, czym się różnią te skrzynki. Założenie, że skrzynka jest czarna już nam się nie przyda. Teraz opiszemy z grubsza, jak te skrzynki działają:
1. Matan ładujemy do samochodu gazowego i go rozpędzamy (proces prosty - jedna przemiana).
2. Metan spalamy w elektrowni, prądem z elektrowni ładujemy samochód elektryczny i go rozpędzamy (dwie przemiany - dwa procesy).
3. Z metanu produkujemy wodór, wodór spalamy w elektrowni, prądem z elektrowni ładujemy samochód elektryczny i go rozpędzamy (trzy przemiany).
4. Z metanu produkujemy wodór, wodór ładujemy do samochodu z ogniwem paliwowym na wodór i go rozpędzamy (dwie przemiany?).
A teraz czas na pytania - zaczniemy od: Która elektrownia jest lepsza: wodorowa czy metanowa? Który samochód jest najlepszy: wodorowy, elektryczny czy metanowy?
