الفرق بين الأمبير والفولت والوات

• ذات صلة
• الفرق بين التيار المستمر والتيار المتناوب
• العلاقة بين فرق الجهد وشدة التيار

الفرق بين الأمبير والفولت والوات

لكل مادة أو مكوّن في الكون وحدة قياس خاصة به تناسب تكوينه وطريقة تصرفه بالبيئة، وتسهل وحدات القياس التعامل مع المواد والعناصر وتيسر استخدامها في المجالات المختلفة التي تتطلب الدقة والمعايير الدقيقة، والتيار الكهربائي ليس استثناء وله وحدات قياس متعددة تناسب أنواع التيار ومقدار الطاقة المتولدة، وتسهل عملية اختيار التيار المناسب للأجهزة والأدوات الكهربائية إلى جانب تيسير استخدامه في التجارب العلمية والتي تستلزم الدقة ومعايير معينة.

نسمع كثيرًا عن وحدات قياس الأمبير والفولت والوات وهي جميعها خاصة بالكهرباء، وقد يعتقد البعض أنها مسميات مختلفة لنفس القياس ولكن هذا الاعتقاد خاطئ حيث تتشابه هذه المقاييس من حيث إنّها خاصة بالكهرباء ولكنها تختلف من حيث نوعية التيار الكهربائي ومقدار الطاقة المتولدة وكيفية تولّدها، والفرق البسيط بين الوحدات الثلاث هي:^[١]

• الأمبير (بالإنجليزية: Ampere): وهو وحدة قياس مدى سرعة تدفق التيار الكهربائي، وهو وحدة قياس القوة الدافعة الكهربائية للمصدر بمعنى أنه يعبر عن كمية التيار المتدفق بين طرفي المصدر.
• الفولت (بالإنجليزية: Voltage): وهي الوحدة الأساسية للقوة الدافعة الكهربائية، وهي التي تسبب تدفق التيار عبر موصل له مقاومة، وهو وحدة قياس فرق الجهد بين طرفي المصدر، مثل: طرفي البطارية السالب والموجب، ويعد الفولت فرق الجهد المتولد من القطب السالب والموجب ويمكن اختصاره بالقول أنّه مقدار قوة التيار الكهربائي من حيث أعلى قيمة وجود له في لحظة وجوده.
• الوات (بالإنجليزية: Watt): الوحدة الأساسية للطاقة، وهي تساوي فولت واحد × أمبير واحد؛ أي هو العلاقة التي تربط بين الأمبير والفولت، وتعبر عن مقدار الاستهلاك الفعلي للتيار، ويُمكن التعبير عنه بالقانون: كمية الاستهلاك بالوات= شدة التيار بالأمبير X فرق الجهد بالفولت.

الأمبير

يعد الأمبير إحدى الوحدات الرئيسية السبع في النظام المتري، وسميت بهذا الاسم خلفًا للعالم الذي اكتشفها، وهو الفيزيائي والرياضي الفرنسي أندريه ماري أمبير عالم الرياضيات الفرنسي المولود في العشرين من شهر يناير من عام 1775م في مدينة ليون الفرنسية، وقد اهتم والده منذ صغره بتعليمه، واكتسب أمبير شهرته باكتشافاته المغناطيسية والكهربائية وتطوير هذه العلوم، وفي عام 1820م نشر العالم أمبير رسميًا اكتشافه للتيار، وقد وضح بأن الأسلاك المتوازية التي تحمل تيارًا تتجاذب وتتنافر على حسب اتجاهات التيار داخلهم، وتكريمًا لاختراعه الثمين سُميت شدة التيار الكهربائي بأمبير نسبة للعالم أندريه أمبير.^[٢]

وقد استغل أمبير مهاراته في الرياضيات والإحصاء لملاحظة وقياس الحوادث الطبيعية المكتشفة من قبل علماء آخرين سبقوه في التجارب والدراسات، وقد بنى عليها واستمر في دراستها وإخضاعها للملاحظة الدقيقة حتى استطاع إيجاد العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية، كما أنه طوّر طريقة جديدة لتصنيف العنصر الكيميائي، وتعريف الأمبير هو: "شدة التيار الناتج عن مرور شحنة قدرها 1 كولوم خلال موصل في زمن قدره 1 ثانية، والمعادلة الرياضية التي تشرح هذا التعريف هي: 1 أمبير= 1 كولوم/ 1 ثانية، ومن هنا نستطيع القول أنّ الأمبير هو شدة التيار الكهربائي المار في سلكين متوازيين في الفراغ، ويكون السلكان مفصولين عن بعضهما مسافة 1 متر، وتبلغ قوة التجاذب أو التنافر بينهما 0.0000002 نيوتن لكل متر من طول السلكين.^[٣]

ويوجد لتيار الأمبير الكثير من التطبيقات في عصرنا، وتعتمد كافة الأجهزة الإلكترونية والكهربائية والتي لا يخلو أي بيت منها على الكهرباء في تشغيلها، ولا بد من معرفة مقدار الأمبير الذي باستطاعة أي جهاز كهربائي تحمله لإعادة شحنه أو تشغيله حتى لا تكون كمية الكهرباء المتولدة أكبر من طاقته ما يؤدي إلى تعطله أو عدم قدرته على العمل بالكفاءة المطلوبة، ويمكن معرفة التيار الذي يعمل عليه أي جهاز من خلال معرفة قدرة الجهاز وهي القيمة المكتوبة عليه، وبما أن الجهد الكهربائي معروف في أغلب الدول نستطيع معرفته من خلال المعادلات التالية:^[٣]

• شدة التيار الكهربائي = كمية الشحنة المارة بالموصل/الوقت بالثواني.
• وفق قانون أوم: التيار= القدرة/ الجهد.

التيار المتردد والمستمر

يوجد نوعان للتيار الكهربائي هما:^[٤]

• التيار المستمر (DC): وهو التيار الذي تتدفق فيه الشحنات باتجاه واحد ثابت للشحنة الكهربائية، لذلك يُطلق عليه أيضًا اسم التيار الثابت، وهو تيار يتدفق في الموصلات والعوازل بجانب الأسلاك، ويصدر هذا النوع من التيارات من مصادر مُحددة كالخلايا الشمسية والبطاريات.
• التيار المتردد (AC): تيار تتدفق فيه الشحنات بمسارين متردد ودوري، وتكون على شكل موجه جيبية، وهو التيار الذي يصل إلى المنازل والشركات، ويُستخدم في إشارات الراديو والمحمول.

الفولت

إن أليساندر جيسبي فولتا، عالم فيزياء إيطالي له الفضل في اختراع أول بطارية كهربائية، ولد فولتا في 18 فبراير من عام 1745م في مدينة كومو الواقعة في إقليم لومبارديا الإيطالي، وفي عام 1799م بعد سلسلة من المحاولات، توصل لنتائج كبيرة؛ إذ اخترع فولتا البطارية الكهربائية، وأثبت أن البطاريات تتولد كيميائيًا على عكس ما كان سائدًا في تلك الفترة بأن البطاريات تولد الكهرباء فقط بواسطة الكائنات الحية، وبعد اختراعه الثمين التفت الكثير من العلماء للكهرباء، وحصلت نقلة نوعية هائلة في مجال الكيمياء الكهربائية والكهرباء عامة، وتوفي فولتا في مسقط رأسه كومو في عام 1827 بعد سلسلة من الأمراض، وكان تكريمه هو إطلاق اسمه على وحدة قياس الجهد الكهربائي.^[٥]

إن فرق الجهد الكهربائي هو أحد أنواع الطاقة الكامنة، والفولت هي وحدة قياس فرق الجهد الكهربائي والذي يشير إلى الطاقة المنبعثة في حال مرور تيار كهربائي، وبالمثل فإن الجسم المُعلق يكون له طاقة كامنة وهي نفس مقدار الطاقة المنبعثة في حالة سقوطه، ويُعرف الفولت على أنه وحدة القياس المستعملة لقياس القوة الكهربائية المحركة أو فرق الجهد أو ما يعرف بالتوتر الكهربائي ويرمز له اختصارًا بالرمز اللاتيني (V)، وقد أطلق على هذه المقياس اسم فولت تكريمًا للعالم الإيطالي ألساندرو فولتا مخترع البطارية الكهربائية، ويُستخدم جهاز الفولتيميتر للحصول على قراءة فولتية سليمة، والفولتميتر لا يقتصر استخدامه فقط على الأجهزة والمعدات التي تعمل على الكهرباء من حولنا وإنما له استخدامات أخرى تتداخل ما بين علم الخلية وعلم كيميائية المواد وغيرها الكثير، ومن أهم القيم المعتادة لفرق الجهد في كل ما حولنا ما يلي:^[٦][٧]

• جهد الخلية العصبية في الجسم: وتبلغ حوالي 75 ميللي فولت.
• بطارية أحادية الخلية غير قابلة للشحن: إذ تصل قيمة الفولتية لها إن كانت جديدة ما يقارب 1.5 فولت.
• بطارية أحادية الخلية قابلة للشحن: تصل قيمة فولتيتها إلى ما يقارب 1.2 فولت.
• النظام الكهربائي للسيارة: ويبلغ فرق الجهد فيه حوالي 12 فولتًا.
• النظام الكهربائي في المنازل: وتختلف قيمته من بلد إلى آخر، ويبلغ في الولايات المتحدة الأمريكية حوالي 120 فولتًا، بينما في اليابان يبلغ 100 فولت، وفي أغلب الدول العربية وآسيا وإفريقيا يبلغ فرق الجهد 230 فولتًا.
• خطوط القطارات ذات القضيب الثالث الموصل للكهرباء: وتبلغ الفولتية فيه ما بين 600-700 فولت.
• خطوط نقل الكهرباء عالية الجهد: تبلغ أقل قيمة فولتية لها حوالي 110 كيلو فولت.
• البرق: وينتج البرق عن تجاذب الشحنات السالبة والموجبة، وتختلف فولتية حسب قوته وشدة التجاذب بين الشحنات المتضادة ولكن في الغالب يبلغ حوالي 100 ميجا فولت.

الوات

إن جيمس وات (بالإنجليزية: James Watt) مُهندس وعالم ومُخترع فيزيائي إسكتلندي ولد في عام 1736م، وتلقى تدريبه المُبكر في مصنع للأدوات في لندن، وقد كان على علاقة قوية مع الفيزيائي جوزيف بلاك مكتشف الحرارة الكامنة، وبسبب هذه الصداقة توجهت جهود وات نحو مجالات الطاقة والبخار، وفي عام 1769م طور وات المحرك البخاري، وقد حصل على العديد من براءات الاختراع في مجال المحركات البخارية، وبعدها اكتشف وات قانون القدرة الكهربائية، وتكريمًا له سمي وحدة قياس القدرة الكهربائية باسمه.^[٨]

الوات أو الواط كما في بعض المراجع هي عبارة عن وحدة مشتقة لقياس القدرة في نظام الوحدات الدولي، وسميت بهذا الاسم نسبة إلى المهندس الإسكتلندي جيمس وات الذي أسهم كثيرًا في تطويل المحرك البخاري، وقد اعتمد الفولت كوحدة قياس من قبل المؤتمر الثاني للجميعة البريطانية لتقدم العلوم في عام 1882 بالتزامن مع بدء الإنتاج التجاري للطاقة من الماء والبخار، وفي عام 1960م اعتماد الوات كوحدة لقياس القدرة في النظام الدولي للوحدات في المؤتمر العام للأوزان والمقاييس الحادي عشر، وتستخدم وحدة الوات في قياس القدرة الكهربائية؛ إذ إن القدرة التي يبذلها تيار كهربائي مستمر ثابت قيمته واحد أمبير تحت تأثير جهد كهربائي قيمته واحد فولت تساوي واحد وات، ويمكن التعبير عما سبق بالمعادلة الرياضية التالية:^[٩] القدرة الكهربائية: وات= فولت x أمبير= جول/ ثانية. وبالنسبة للتيار المتردد فإن حاصل ضرب القيمة اللحظية بالأمبير في القيمة اللحظية بالفولت يعطي القيمة اللحظية بالوات، والمتوسط الجبري للقدرات اللحظية في دورة كاملة يساوي القدرة بالوات.

وتوجد مصطلحات كثيرة مرتبطة بالوات ولكل منها قيمة معينة متمثلة بما يلي:

• الكيلو وات تساوي 1000 وات، وهي عبارة عن وحدة قياس صغيرة تناسب الاستهلاك الكهربائي المنزلي.
• الميجا وات تساوي حوالي 1 مليون وات.
• الجيجا وات تساوي ما قيمته 1 مليار وات، وهي وحدة كبيرة تناسب محطات توليد الكهرباء.
• التيرا وات وهي تبلغ 1,000,000,000,000 وات، وهي الوحدة الأكبر التي تناسب إنتاج دولة من الطاقة الكهربائية.

المراجع

1. ↑ "QUICK TIP — What’s the difference between Amps, Volts and Watts?", newelectric, Retrieved 30-9-2019. Edited.
2. ↑ " André-Marie Ampère", magcraft, Retrieved 30-9-2019. Edited.
3. ^ ^{أ ب} Heba Soffar (18-8-2019), "The ammeter and measuring the electric current intensity"، online-sciences, Retrieved 30-9-2019.
4. ↑ Andrew Zimmerman Jones (10-8-2019), " What Is an Electrical Current? "، thoughtco, Retrieved 30-9-2019. Edited.
5. ↑ " Alessandro Volta ", britannica,24-5-2019، Retrieved 30-9-2019.
6. ↑ " Electric Potential Difference", physicsclassroom, Retrieved 30-9-2019.
7. ↑ "LV, MV, or HV? Voltage Ranges and Electricity in Your Home", quick220, Retrieved 30-9-2019. Edited.
8. ↑ "James Watt (1736 - 1819)", bbc, Retrieved 30-9-2019. Edited.
9. ↑ "Electric power", encyclopedia,29-8-2019، Retrieved 30-9-2019. Edited.