ما القدرة الكهربائية؟
القدرة الكهربائية هي معدل تحويل الطاقة أو استهلاكها في الدائرة. تقاس بالواط W، والواط يعني جولًا واحدًا في الثانية.
العلاقة الأساسية:
P = VI
حيث:
- P: القدرة بالواط.
- V: فرق الجهد بالفولت.
- I: التيار بالأمبير.
قدرة المقاومة
باستخدام قانون أوم يمكن اشتقاق علاقات أخرى مفيدة:
P = I2R
\( P = \frac{V^2}{R} \)
تستخدم هذه العلاقات كثيرًا عند دراسة التسخين في المقاومات والأسلاك.
الطاقة الكهربائية
الطاقة المستهلكة تساوي القدرة مضروبة في الزمن:
E = Pt
إذا كانت القدرة بالواط والزمن بالثانية، تكون الطاقة بالجول. أما في فواتير الكهرباء فنستخدم غالبًا كيلوواط ساعة kWh.
العلاقة:
\( \\text{Energy in kWh} = \\text{Power in kW} \\times \\text{time in h} \)
مثال محلول: طاقة جهاز
جهاز قدرته \( 800 \\; W \) يعمل لمدة \( 3 \\; h \). احسب الطاقة بالكيلوواط ساعة.
نحول القدرة إلى كيلوواط:
\( 800 \\; W = 0.8 \\; kW \)
\( E = 0.8 \\times 3 = 2.4 \\; kWh \)
حساب تكلفة الاستهلاك
إذا كان سعر الكيلوواط ساعة 0.30 وحدة نقدية، فإن تكلفة تشغيل الجهاز السابق:
\( \\text{cost} = 2.4 \\times 0.30 = 0.72 \)
إذن تكلفة التشغيل تساوي 0.72 من العملة المستخدمة.
الطاقة الحرارية في المقاومة
عندما يمر تيار في مقاومة، تتحول طاقة كهربائية إلى طاقة حرارية. مقدار الحرارة الناتجة خلال زمن t يمكن حسابه من:
E = I2Rt
وهذه الفكرة تظهر في السخانات الكهربائية والمكاوي والمصابيح المتوهجة. لكنها قد تكون مشكلة في الأسلاك الضعيفة، لأن التسخين الزائد قد يسبب تلفًا أو خطرًا.
مثال محلول: حرارة في مقاومة
يمر تيار \( 2 \\; A \) في مقاومة \( 5 \\; \\Omega \) لمدة \( 10 \\; s \). احسب الطاقة الحرارية الناتجة.
\( E = I^2Rt = 2^2 \\times 5 \\times 10 = 200 \\; J \)
أخطاء شائعة
- الخلط بين الواط والكيلوواط ساعة؛ الواط قدرة، والكيلوواط ساعة طاقة.
- نسيان تحويل الواط إلى كيلوواط عند حساب الفاتورة.
- استخدام الساعات مع الواط للحصول على جول دون تحويل الزمن إلى ثوان.
- نسيان أن القدرة الحرارية في المقاومة تزداد مع مربع التيار، لذلك مضاعفة التيار تضاعف التسخين أربع مرات.
خلاصة
القدرة الكهربائية تقيس سرعة استهلاك الطاقة، وتحسب من P=VI. في المقاومات يمكن استخدام P=I2R أو \( P=\frac{V^2}{R} \). أما الطاقة فتساوي E=Pt، وتستخدم وحدة kWh عمليًا في حساب تكلفة الكهرباء.
