}
الطاقة الكهربائية
هي عبارة عن الطاقة التي تنتج عن تحويل أشكال الطاقة الأخرى، كالطاقة الحرارية، والميكانيكية، والكيميائية، أما عن استخدامات الطاقة الكهربائية فهي عديدة كتشغيل جهاز الكمبيوتر، والتلفاز، والتطبيقات الكمالية، والإضاءة، والطهي، وفي سكة الحديد، وفي أنظمة التدفئة أيضاً. ومن الممكن حساب الطاقة الكهربائية عن طريق إيجاد قيمة التيار والجهد. كما أن الإنتاج على نطاق واسع للطاقة الكهربائية أمرٌ ممكنٌ وذلك عن طريق تطوير المولد الكهربائي. والمولد الكهربائي عبارة عن جهاز يعمل على الاستقراء (وهو مبدأ قام بصياغته العالم مايكل فاراداي وذلك في عام 1831م). وقد تم استعمال أول مولد كهربائي من قبل محطة للطاقة العامة وكان ذلك في لندن في عام 1882م، كما تم افتتاح محطة أخرى في العام نفسه في نيويورك، لكن فيما بعد اكتُشف بأن أنظمة التيار المستخدمة من قبل المحطتين غير مجدٍ لنقل الطاقة في حال كانت المسافات بعيدة، وبعدها بحوالي ثماني سنوات بُني أول مولد عمومي للتيار المتردد في محطة كهرباء (لاوفن في ألمانيا)، حيث بدأت الخدمة في سنة1891م في فرانكفورت.[١]
القدرة الكهربائية
القدرة الكهربائية (بالإنجليزية:Electric power): هي عبارة عن معدل الشغل المبذول، أي معدل الطاقة الكهربائية المحولة إلى أشكال أخرى كالضوء والحرارة والطاقة الميكانيكية، حيث تساوي القدرة الكهربائية حاصل ضرب الجهد في التيار، وعُبر عن هذه العلاقة بالمعادلة الآتية:
‘);
}
- (القدرة= التيار× الجهد).
وبمعنى آخر فإن الشحنات المتحركة الموجودة في التيار الكهربائي تبذل شغلاً قد يعمل مثلاً على تسخين دائرة، أو إدارة محرك. فإذا تم التعبير عن الجهد بوحدة الفولت والتيار بوحدة الأمبير، بالمقابل سيعبر عن القدرة بوحدة الواط، حيث يتم التعبير عن هذه العلاقة بالمعادلة الآتية:
- (الواط= الأمبير×الفولت).
وللتوضيح إذا كان هنالك مصباح يشتغل على خط 120 فولت، من فئة 120 واط، فإن:
- 120واط = 1أمبير × 120فولت، وبناءً عليه فإن مصباحاً من فئة 60 واط سيسحب نصف (0.5) أمبير على خط 120 فولت.[٢]
أمثلة على القدرة الكهربائية
ومن الأمثلة التي تبين كيفية حساب القدرة الكهربائية ما يأتي:
- مثال1: إذا تم تحديد خط 120 فولت، إلى مقبس ب 15 أمبير لمنصهر أمان، فهل يمكن حينها تشغيل سشوار شعر ب1200واط؟[٢]
- الحل:
- نحسب التيار عن طريق المعادلة الآتية: الواط= الأمبير×الفولت.
- نعوض قيمة الواط والفولت في المعادلة.
- الواط= الأمبير×الفولت.
- (1200) واط = التيار ×120 فولت.
- وبقسمة طرفي المعادلة على 120 فولت، ينتج أن:
- التيار= 1200واط /120 فولت.
- التيار=10 أمبير.
- وبهذا يمكن لمجفف الشعر على أن يعمل عن وصله في الدائرة، أما في حال محاولة تشغيل مجففان للشعر فسوف يؤدي ذلك إلى احتراق المنصهر.
- مثال2: احسب مقدار تكلفة تشغيل سشوار شعر 1200 واط لمدة ساعة، إذا علمت أن 30 قرشاً/ كيلو واط – ساعة.[٢]
- الحل:
- 1200 واط= 1.2 كيلو واط.
- 1.2 كيلو واط 1ساعة 30 قرشاً/ 1كيلو واط- ساعة.
- إذن تكلفة تشغيل مجفف الشعر لمدة ساعة تساوي 36 قرشاً.
وغالباً ما تمثل تكلفة الطاقة الكهربائية جزءً من الدولار لكل كيلو واط في الساعة، حيث يعتمد ذلك على الدولة فالكيلو واط هو عبارة عن 1000 واط، أما عن تكلفة الطاقة الكهربائية فهي 25 قرشاً لكل كيلو واط في الساعة، وبالآتي فإن مصباحاً كهربائياً 100 واط يمكن أن يشغل لمدة 10 ساعات بتكلفة مقدارها 25 قرشاً. كما تعتمد إضاءة المصباح واللمبة على مقدار الطاقة التي يستخدمها (كمية الكهرباء المتحولة إلى حرارة)، فمصباح التنجستن الذي يعمل على استهلاك 100 واط هو أكثر سطوعاً وإنارةً من المصباح الذي يستهلك 60 واط.[٢]
القدرة
القدرة: هي عبارة عن معدل الجهد المبذول، وبمعنى آخر هي معدل تحول الطاقة، ويُعبّر عنها بوحدة الواط. أما القدرة المتوسطة فتعرف بأنها الشغل الذي تم بذله خلال الفترة اللازمة لبذله، حيث عبر عن القدرة المتوسطة بالمعادلة الآتية:
- (القدرة المتوسطة= الشغل/ الزمن= الطاقة المتحولة/ الزمن).
حيث إن القدرة المتوسطة تعبر عن الشغل المبذول خلال وحدة الزمن، أما عن الوحدة المستخدمة في النظام الدولي لقياس القدرة فهي الجول لكل ثانية، وقد أعطيت اسماً آخر وهو الواط (1واط= 1جول /ثانية)، في حين أن وحدة الواط مستخدمة بشكل أكبر وخاصة في الأجهزة الكهربائية، أما بالنسبة لنظام الوحدات المعتمد في بريطانيا فالوحدة المستخدمة لقياس القدرة هي وحدة القدم، باوند/ثانية. ويستخدم مصطلح (القدرة الحصانية) للدلالة على مقدار 746 واط.[٣]
الطاقة الحركية
إن الأجسام المتحركة تملك طاقة معينة، أي قدرة على إنجاز شغل، حيث تسمى الطاقة التي يمتلكها أي جسم متحرك بالطاقة الحركية، كالكرة عندما تسقط باتجاه الأرض، أو شخص يركض، أو سيارة متحركة. وتعتمد الطاقة الحركية على كتلة الجسم وسرعته، حيث تتناسب الطاقة الحركية بشكل طردي مع الكتلة ومربع السرعة، وعبر عن هذه العلاقة بالمعادلة الآتية:
- (الطاقة الحركية= 0.5 × الكتلة × مربع السرعة).
وعلى سبيل المثال لو كان هنالك كرة سرعتها 0.4 كغ وسرعتها تساوي 5 م/ث فإن طاقتها الحركية =0.5 × الكتلة × مربع السرعة، وبتعويض الكتلة والسرعة ينتج أن: الطاقة الحركية = 0.5 × 0.4 × 5²، وبهذا فإن الطاقة الحركية = 20 جول.[٤]
الشغل
يعد الشغل كمية قياسية، ويمكن أن يكون الشغل سالباً أو موجباً، حسب اتجاه القوة بالنسبة للإزاحة، فإذا كان اتجاه القوة باتجاه الإزاحة نفسه يكون شغل القوة موجباً، أما إذا كان اتجاه القوة عكس اتجاه الإزاحة فسيكون حينها شغل القوة سالباً، وعلى سبيل المثال لو دفع جسم أفقياً على سطح أفقي خشن، فإن قوة الدفع ستنجز شغلاً باتجاه الإزاحة نفسه (موجب)، بينما قوة الاحتكاك ستنجز شغلاً سالباً. أما عند تحرك الجسم نحو الأرض، فإن الشغل المبذول من قوة الجاذبية على الجسم يعتمد بشكل رئيسي على الارتفاع العمودي (الرأسي) للجسم وليس على المسار الذي تم اتخاذه، ويعتبر الشغل طريقة يتم بواسطتها نقل الطاقة، ولهذا تعرف القدرة بأنها الطاقة المنقولة لكل وحدة زمن.[٤]
المراجع
- ↑“Electric power”, www.britannica.com. Edited.
- ^أبتثبواسطة Paul G. Hewitt، John A. Suchocki، Leslie A. Hewitt، مفاهيم العلوم الفيزيائية: Conceptual Physical Science، صفحة 200-201. بتصرّف.
- ↑بواسطة دوغلاس س. جيانكولي، الفيزياء: المبادئ والتطبيقات، صفحة 158. بتصرّف.
- ^أبميمي التكروري، غسان قطيط، دليل المعلم الفيزياء الصف التاسع، صفحة ملف(54-75) صفحة54-64. بتصرّف.
