لا توجد وحدة واحدة لكل ما نسميه كهرباء. فالتيار يقاس بالأمبير، وفرق الجهد بالفولت، والمقاومة بالأوم، والقدرة بالواط، والطاقة بالجول أو الكيلوواط ساعة. نحدد الكمية المقصودة أولًا، ثم نختار الوحدة المناسبة. سنربط بينها بمثال حسابي افتراضي لتيار مستمر ثابت. [1][2][3]
وحدات تصف كميات مختلفة
| الكمية | الوحدة | ما الذي تصفه؟ |
|---|---|---|
| التيار | الأمبير A | معدل مرور الشحنة؛ 1A=1C/s |
| فرق الجهد | الفولت V | طاقة لكل شحنة؛ 1V=1J/C |
| المقاومة | الأوم Ω | نسبة فرق الجهد إلى التيار؛ 1Ω=1V/A |
| القدرة | الواط W | معدل انتقال الطاقة؛ 1W=1J/s |
| الطاقة | الجول J أو الكيلوواط ساعة kWh | مقدار الطاقة خلال مدة |
| الشحنة | الكولوم C | مقدار الشحنة التي مرت |
لا نستبدل إحدى هذه الوحدات بالأخرى. والرموز مهمة: kW قدرة، و kWh طاقة. نستعمل هنا وحدات القياس الشائعة للكميات المحددة، لا وحدة عامة باسم «الكهرباء». [1][2][3]
مثال افتراضي بتيار مستمر
افترض مقاومة أومية يثبت عليها فرق جهد 6 فولت ويمر فيها تيار 0.4 أمبير لمدة 48 دقيقة. نفترض ثبات القيم؛ هذه معطيات تمرين، وليست قياسات جهاز أو تعليمات لتركيبه.
المقاومة R=V/I=6/0.4=15Ω، والقدرة P=VI=6×0.4=2.4W. قانون أوم الخطي مناسب للمقاومة الأومية في شروطها؛ لا يعني أن كل عنصر كهربائي يحافظ على مقاومة ثابتة مع تغير الجهد. [2][3]
احسب الطاقة مع وحدة الزمن
المدة 48 دقيقة تساوي 0.8 ساعة أو 2880 ثانية. عند قدرة ثابتة، E=Pt. بالواط ساعة نحصل على 2.4×0.8=1.92Wh، أي 0.00192 كيلوواط ساعة. وبالجول: 2.4×2880=6912J. [3]
للمقارنة، 1kWh=1000W×3600s=3600000J. ثم 0.00192×3600000=6912J، فتتفق النتيجتان. الكيلوواط ساعة حاصل ضرب قدرة في زمن، وليس كيلوواطًا مقسومًا على ساعة.
الشحنة ليست الطاقة
للتيار الثابت نحسب الشحنة من Q=It: 0.4×2880=1152C. وإذا كتبنا الزمن بالساعات صارت الشحنة 0.4×0.8=0.32Ah. إذن الأمبير ساعة وحدة شحنة، وليس وحدة طاقة. [1]
في المثال نفسه، ومع فرق جهد ثابت، E=VQ=6×1152=6912J. لا يكفي عدد الأمبير ساعة وحده لإعطاء طاقة؛ نحتاج إلى فرق الجهد وافتراضات مناسبة. ولا يصف هذا الحساب وحده الطاقة القابلة للاستخدام فعليًا في بطارية. [3]
حدود العلاقات المستخدمة
اختير المثال لتيار مستمر وقيم ثابتة. إذا تغير التيار أو القدرة أثناء المدة، فلا نستعمل قيمة واحدة كأنها ثابتة دون وصف مناسب للتغير أو المتوسط.
المعادلات في هذا المثال تخص القيم الثابتة المحددة. عند قراءة رقم على جهاز أو فاتورة، نميز الوحدة أولًا؛ ثم نستعمل معطيات مناسبة للمسألة بدل نقل أرقام هذا التمرين إلى حالة مختلفة.
اقرأ الرقم مع السؤال
عندما تقرأ رقمًا اسأل: هل المطلوب تيار، أم قدرة لحظية، أم طاقة خلال مدة؟ في مثالنا 0.4 أمبير و 2.4 واط و 6912 جول نتائج تصف أشياء مختلفة في النموذج نفسه.
اكتب الوحدة والمدة عند عرض استهلاك الطاقة، وراجع تحويل الدقائق إلى ساعات أو ثوانٍ. بذلك يصبح الجواب قابلًا للفهم والتحقق، بدل رقم منفصل عن الكمية.
المصادر ومتابعة القراءة
- OpenStax: التيار بوصفه معدل مرور الشحنة (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax: المقاومة وقانون أوم وحدود العلاقة الخطية (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax: القدرة والطاقة والكيلوواط ساعة (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.