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:
\( P = I^2R \)
\( P = \\frac{V^2}{R} \)
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:
\( E = I^2Rt \)
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 \( P=I^2R \) أو \( P=\\frac{V^2}{R} \). أما الطاقة فتساوي \( E=Pt \)، وتستخدم وحدة \( kWh \) عمليًا في حساب تكلفة الكهرباء.
