قانون الطاقة الكهربائية

قانون الطاقة الكهربائية


قانون الطاقة الكهربائية

تُعرّف الطاقة الكهربائية (بالإنجليزية: Electric Energy) بأنها الطاقة الناتجة من حركة الإلكترونات من نقطة إلى نقطة أخرى، إذ تُعدّ هذه الحركة عبر وَسيطٍ ما -مثل السلك- تيارًا كهربائيًا[١]، إذًا فهي الطاقة المنقولة بالكيلوواط/ ساعة، والوحدة الواحدة منها تساوي 1 كيلوواط بالساعة، ويندرج قانون الطاقة الكهربائية بالصيغة الفيزيائية كالآتي[٢]:

  • الطاقة الكهربائية= القدرة/الزمن.

ويجب أن تكون القدرة مقاسة بالكيلوواط، فتُقسّم على ألف، على سبيل المثال إذا كانت بالواط، ويقاس الزمن بالساعة فإذا كان الوقت بالثواني، يجب أن يُحوّل إلى ساعات عبر تقسيمه إلى 3600؛ وهو عدد الثواني بالساعة الوحدة، وتندرج وحدتها مشتقةً من الصيغة السابقة: الطاقة الكهربائية= واط/ثانية[٢].

كما وتُعرَف القدرة الكهربائية بأنها معدل الطاقة الكهربائية اللازمة لتحويل الطاقة الكهربائية في مدة زمن معينة، وتقاس بوحدة جول لكل ثانية (واط)، وتتمثل فيزيائيًا بالصيغة التالية[١]:

  • القدرة = مقدار الفرق في فرق الجهد*التيار الكهربائي (يقاس فرق الجهد، بوحدة الفولت، والتيار الكهربائي بوحدة الأمبير).


أمثلة على قانون الطاقة الكهربائية

من الأمثلة على قانون الطاقة الكهربائية ما يأتي[٣]:

مثال 1

إذا كان موصل يستخدم 220 فولت، ويحتاج إلى تيار مقدار 5 أمبير لمدة 30 دقيقة، كم مقدار الطاقة الكهربائية المطلوبة؟

  • المعطيات: من السؤال نستنبط المعطيات الآتية:
  1. الجهد= 220 فولت.
  2. التيار= 5 أمبير.
  3. الزمن= 30 دقيقة *60 = 1800 ثانية.
  • طريقة الحل: وهي كما يأتي:
  1. الطاقة الكهربائية = القدرة * الزمن.
  2. باحتساب القدرة، القدرة = (220*5)، القدرة = 1100 فولت لكل أمبير (واط).
  3. الطاقة الكهربائية = 1100 * 1800.
  4. الطاقة الكهربائية = 1980000 جول (1980 كيلوجول).

مثال 2

إذا علمت أن مقدار الطاقة الكهربائية التي يحتاجها الحديد لمدة دقيقة هي 33 كيلوجول، بجهد 220 فولت، ما حجم التيار المار به؟

  • المعطيات: من السؤال نستنبط المعطيات الآتية:
  1. الجهد= 220 فولت.
  2. الزمن= 1 دقيقة *60 = 60 ثانية.
  • طريقة الحل: وهي كما يأتي:
  1. الطاقة الكهربائية = القدرة * الزمن.
  2. 33*1000 = القدرة * 60.
  3. القدرة = 550 واط، ومن قانون القدرة = فرق الجهد * التيار، وبالتالي:
  4. 550 = 220 * التيار.
  5. التيار = 550 / 220.
  6. التيار = 2.5 أمبير.

مثال 3

إذا علمت أن شخصًا ما يشاهد التلفاز بمعدل 6 ساعات في اليوم، وكان التلفاز متصلًا بجهد 220 فولت، ويتدفّق التيار الكهربائي 0.5 أمبير، فإذا كانت شركة الكهرباء تتقاضى 0.092 دولارًا لكل كيلوواط/ساعة، فكم تكلفة استخدام الطاقة الكهربائية للتلفاز لمدة شهر واحد (30 يومًا)؟

  • المعطيات: من السؤال نستنبط المعطيات الآتية:
  1. الجهد= 220 فولت.
  2. التيار = 0.5 أمبير.
  3. التكلفة = 0.092 دولار/ كيلوواط/ ساعة.
  4. الزمن = 6 ساعات * 30 يومًا = 180 ساعة.
  • طريقة الحل: وهي كما يأتي:
  1. من قانون الطاقة الكهربائية = القدرة * الزمن ومن قانون القدرة = فرق الجهد * التيار.
  2. القدرة = 220 * 0.5.
  3. القدرة = 110 واط.
  4. الطاقة الكهربائية = 110 * 180.
  5. الطاقة الكهربائية = 19800 واط لكل ساعة (19.8 كيلو واط لكل ساعة).
  6. التكلفة لمقدار الطاقة الكهربائية خلال شهر: 19.8 * 0.092.
  7. تكلفة الطاقة الكهربائية للتلفاز خلال شهر = 1.8216 دولارًا.


وحدات قياس الطاقة الكهربائية

تُعدّ الطاقة الكهربائية نتاجًا للقدرة والزمن، وعليه فإن وحدة الطاقة الكهربائية تتوضح كالآتي[٤]:

  1. الطاقة الكهربائية = القدرة * الزمن.
  2. الطاقة الكهربائية = (واط) / الثانية.
  3. وحدة الطاقة الكهربائية؛ واط / ثانية (جول)، أو كيلوواط/ ثانية (كيلوجول).

كما يمكن للطاقة الكهربائية أن تُقاس بوحدة أخرى، وهي كما يأتي[٤]:

  1. الطاقة الكهربائية = القدرة *الزمن.
  2. الطاقة الكهربائية = (فرق الجهد * التيار) * الزمن.
  3. الطاقة الكهربائية = فولت . أمبير . ثانية.
  4. وحدة الطاقة الكهربائية = فولت. أمبير . ثانية (جول أو كيلو جول)


أمثلة على الطاقة الكهربائية، وما هي استخداماتها؟

تتنوع أمثلة الطاقة الكهربائية فيما حولما، ومنها[٥]:

  • بطارية السيارة، إذ إنّ التفاعل الكيميائي الناتج من حركة الإلكترونات، يُولّد طاقة كهربائية في دوائر السيارة.
  • العواصف الرعدية، إذ إنّ الرعد نتاج تفريغ الكهرباء في الغلاف الجوي.
  • ثعابين البحر الكهربائية؛ إذ تُولّد ثعابين البحر الكهربائية نوع من الطاقة الكهربائية التي تُعدّ وسيلة للدفاع عن ذاتها من الحيوانات المفترسة، كما وتستعمل الطاقة الكهربائية لصيد فرائسها.


المراجع

  1. ^ أ ب "Electrical Energy and Power", /byjus, Retrieved 2/4/2021. Edited.
  2. ^ أ ب "Electric Energy Equation", .fire2fusion, Retrieved 2/4/2021. Edited.
  3. "Electric energy – problems and solutions", physics.gurumuda, Retrieved 2/4/2021. Edited.
  4. ^ أ ب Electrical4U, "Unit of Electrical Energy", electrical4u, Retrieved 2/4/2021. Edited.
  5. "Electrical energy", solarschools, Retrieved 2/4/2021. Edited.