مفهوم القدرة الكهربائية

مفهوم القدرة الكهربائية

ما مفهوم القدرة الكهربائية؟

توجد العديد من المفاهيم الفيزيائية المهمة، والتي ساهمت الاختراعات المبنية عليها بتسهيل حياتنا وجعلها أفضل، وقد تطبق بعض هذه المفاهيم يوميًا دون أن تدري، ومنها القدرة الكهربائية ويمكن تسميتها بالطاقة الكهربائية أو الاستطاعة الكهربائية أيضًا، وهي عبارة عن مقدار الطاقة المتدفق داخل الدارة الكهربائية، أو هي المصطلح الذي يرمز لنقل الطاقة، إذ يتم إنتاج الطاقة الكهربائية باستخدام المولد أو توفيرها لتخزينها في البطاريات الكهربائية، وهذا من الإيجابيات العديدة التي تتيحها القدرة الكهربائية بحساب الشغل اللازم لتحويل الطاقة من شكل إلى آخر، كالطاقة الحركية أو الحرارية ونقلها عبر مسافات طويلة.[١]

وتُقسم القدرة الكهربائية إلى نوعين أساسيين هما قدرة التيار المتردد AC power وقدرة التيار المستمر DC power، وتُقاس القدرة بوحدة الواط،[١]وتعد المعادلات الفيزيائية الآتية المرجع الأساسي لقياس وفهم القدرة الكهربائية:[٢]

  • لحساب القدرة الكهربائية أو الاستطاعة الكهربائية: وذلك من خلال المعادلة؛ (القدرة الكهربائية = الجهد الكهربائي × التيار) أي (P=V×I)، إذ إن الرمز (V) يشير إلى الجهد مقاسًا بوحدة الفولت، والرمز (I) يشير إلى التيار مقاسًا بوحدة الأمبير، والرمز (P) هو القدرة الكهربائية أو الطاقة الكهربائية.
  • لحساب الجهد الكهربائي: وذلك من خلال المعادلة؛ (الجهد الكهربائي = القدرة الكهربائية / التيار) أي (V=P/I).
  • لحساب التيار الكهربائي: وذلك من خلال المعادلة؛ (التيار= القوة الكهربائية/ الجهد الكهربائي) أي (I=P/V).


أمثلة على قانون القدرة الكهربائية

وفيما يلي بعض الأمثلة على كيفية استخدام قانون القدرة الكهربائية:[٢]

  • المثال الأول: جد عدد المصابيح ذات القدرة الكهربائية 500 واط، التي تستطيع توصيلها بدائرة كهربائية دون أن تنفجر المصابيح، علمًا بأن مقدار التيار الذي يمكنك الحصول عليه من الدارة في معظم المنازل غالبًا ما يساوي 15 أمبير أو 20 أمبير، والجهد الكهربائي= 110 فولت.
    • الحل: عليكَ أولًا أن تطبق القانون: (القدرة = الجهد × التيار)، وبكتابة المعطيات بالأرقام فإن: (القدرة = 110 × 20 = 2200 واط)، ثم تقوم بقسمة النتيجة التي حصلت عليها على قيمة القدرة الكهربائية للمصباح الواحد (2200/ 500 =4.4) مما يعني أنك تستطيع استعمال 4 مصابيح فقط في الدارة.
  • المثال الثاني: إذا كان جهد أحد المصابيح الكهربائية يساوي 120 فولت، وقدرته تساوي 60 واط، فاحسب مقدار التيار الكهربائي في الدارة الكهربائية.
    • الحل: ستستخلص من السؤال أن الجهد في الدارة الكهربائية موصول على التوالي، ومن خلال تطبيق القانون: (القدرة = التيار× الجهد) ثم باستخدام الأرقام ومعطيات السؤال فإن: (60 = التيار × 120)، ولأن التيار لديك مجهول ستقسّم القدرة على الجهد وستتوصل إلى أن: (التيار= 60/120)، وبالتالي فإن التيار الكهربائي يساوي 0.5 أمبير.


ما تطبيقات قانون القدرة الكهربائية في الحياة اليومية؟

يعتبر الكثيرون علم الفيزياء علمًا جامدًا ومملًا في بعض الأحيان؛ لأنه مليء بالأرقام والقوانين والنظريات لدرجة يبدو فيها منفصلًا عن الواقع الذي تعيشه، ولا شك أنكَ تفكر أن الأمر ذاته ينطبق عل القدرة الكهربائية، لكننا على وشك تغيير رأيك بهذا الشأن بعد أن تتعرف على تطبيقات القدرة الكهربائية في حياتك اليومية:[٣]

  • المراوح الكهربائية: يتم التحكّم بالتيار المتدفق في المراوح التي تستخدمها في فصل الصيف للتقليل من حرارة الجو عبر تنظيم المقاومة، ولكي تضبط قيمة كليهما (التيار والمقاومة) لا بد من استخدام قانون القدرة الكهربائية.
  • السخان الكهربائي أو المدفأة: تحتوي هذه الأجهزة على ملف معدني يتمتع بمقاومة عالية تسمح للتيار الكهربائي بتأمين الحرارة المطلوبة، والتي لا يمكن حسابها دون معرفة القدرة الكهربائية.
  • المكواة الكهربائية والغلايات: تحتوي هذه الأجهزة على الكثير من المقاومات داخلها، والتي تحد من كمية التيار لتوفير الحرارة اللازمة لكي الثياب، ويتم تحديد حجم المقاومة باستخدام قانون القدرة الكهربائية، وينطبق الأمر ذاته على الغلايات الكهربائية.
  • تصميم الأجهزة الكهربائية: مثل الهاتف المحمول وأجهزة الكمبيوتر التي تتطلب مصدر طاقة مستمر ومقدار معين من التيار والجهد يتم تحديدها باستخدام قانون القدرة الكهربائية.
  • تصميم الصمامات: وهي عبارة عن قطع الحماية التي تحد من كمية التيار المتدفق عندما تؤسس مقدارًا معينًا من الجهد، وتُستخدم القدرة لمعرفة قيمة المقاومة.
  • الشواحن: إذ يتم التحكم بالتيار والجهد الخارج من شواحن الأجهزة الذكية بقانون القدرة الكهربائية.


قد يُهِمُّكَ: الأجهزة المستخدمة في قياس القدرة الكهربائية

عندما وضعَ العلماء قوانين الفيزياء فإنهم احتاجوا لصنع آلات من مواد وأدوات بدائية من أجل التوصل إلى النتائج التي خَلصوا إليها، لكن في يومنا هذا اخترعت العديد من الأدوات التي جلعت الأمر أبسط ووفرت الكثير من الوقت والجهد، ويمكنك حساب الجهد ومقدار الطاقة في أجهزتك الكهربائية بالمنزل باستخدامها، وفيما يلي نورد بعضًا من تلك الأجهزة:[٤]

  • شريط الإضاءة LED الذي يعمل بطاقة التيار المستمر "DC": ويبلغ قياسه 16.4 بوصة، وأنت تحتاج إلى 24 واط من الطاقة الكهربائية لإضاءة الشريط الكهربائي كله، وبعد ذلك يمكنك حساب الساعات التي استغرقها في الإضاءة وضرب الرقمين معًا.
  • معزز إشارة الخلايا "WeBoost Drive 4G-X" الذي يعمل بالتيار المستمر "DC": ويستخدم بكثرة من قِبل شركات الأجهزة الخلوية وهو معزز لإشارة الهواتف ويمكنك حساب قدرته الكهربائية بنفسك.
  • محول أجهزة "Macbook Pro" الذي يعمل بالتيار المتردد "AC": إذ إنكَ بلا شك تستغرق ساعات طويلة في استخدام جهازك المحمول مما يعني استنزاف كمية أكبر من الطاقة، وهي تختلف من جهاز إلى آخر تبعًا لساعات الاستخدام وكمية المواد الموجودة عليه، ولهذا زودت الشركات الأجهزة بهذه القطعة التي تساعد على حساب القدرة الكهربائية في جهازك الكمبيوتر.
  • جهاز "NorCold NRF" يعمل بالتيار المستمر "DC": وهو عبارة عن ضاغط تبريد يستخدم على نطاق واسع لقياس القدرة الكهربائية المستخدمة في الثلاجة، فبمجرد أن تنخفض درجة حرارتها دون مستوى معين محدد مسبقًا حتى ينطفىء الضاغط ويبقى على هذا النحو إلى أن ترتفع درجة حرارة الجزء الداخلي ثانية.


المراجع

  1. ^ أ ب "Electric Power", circuitglobe, Retrieved 2020-11-25. Edited.
  2. ^ أ ب "Watts Law: What is it? Formula, Examples & Watts Law Triangle", electrical4u, Retrieved 2020-11-26. Edited.
  3. "6 Examples Of Ohms Law In Everyday Life", studiousguy, Retrieved 2020-11-26. Edited.
  4. "How To Calculate Watts Per Hour For Each Electronic Device", parkedinparadise, Retrieved 2020-11-26. Edited.