وحدات قياس الطاقة، تعد عملية توليد الطاقة الكهربائية إحدى عمليات تحويل الطاقة التي قد تكون على شكل طاقة ميكانيكية أو كهربائية أو حرارية، وتقاس بوحدة الجول (بالإنجليزية: Joule).
سنتعرف في هذا المقال على وحدات قياس الطاقة في حالات الطاقة الميكانيكية والكهربائية والحرارية.
الطاقة الميكانيكية
يمكن التعبير عن الطاقة الميكانيكية بثلاث صور مختلفة من حيث التحويلات:
- طاقة الوضع (Potential Energy)= الكتلة × تسارع الجاذبية× الارتفاع.
- طاقة الحركة (Kinetic Energy)= 0.5× الكتلة× السرعة2
- طاقة الشغل (Work Energy)= هو الإنجاز النهائي المطلوب من هذه الطاقة الميكانيكية، ويمكن تعريفه بأنه عبارة عن تحريك شيء ما لمسافة معينة، وتكتب بالعلاقة التالية: الشغل= القوة× المسافة.
وجميع الوحدات المذكورة أعلاه تقاس بوحدة الجول. والجول يعبر عن كمية الشغل الذي تبذله قوة قدرها واحد نيوتن حين تدفع جسما لمسافة قدرة متر واحد.
الطاقة الكهربائية
تمثل وحدة الجول الطاقة الكهربائية المستهلكة في الثانية داخل أي جهاز كهربائي له قدرة تساوي واحد واط:
الطاقة الكهربائية= القدرة (وات)× الزمن (ثانية) = الفولت× الأمبير× الثانية = جول
وتمثل الوحدة كمية ضئيلة من الطاقة، بالتالي يمكن استخدام وحدات أكبر مثل: وحدة الكيلو واط ساعة
1 كيلو واط ساعة= 1000× 60× 60= 36× 510 جول
1 واط ساعة = 3600 جول
ملحوظات:
- الطاقة التي تكتسبها شحنة كهربائية مقدارها 1 كولوم عند تحريكها بين فرق جهد مقداره 1 فولت.
- الطاقة اللازمة لتسيير تيار كهربائي قدره 1 أمبير بين فرق جهد قدره 1 فولت مدة 1 ثانية.
ويمكن أن يكون أصل الطاقة كيميائياً كما في البطاريات، أو حرارياً ميكانيكياً كما في محطات التوليد، أو ضوئياً كما في الخلايا الشمسية؛ بالتالي نلاحظ أن الطاقة الكهربائية لا تأتي إلا من طاقة أخرى.
الطاقة الحرارية
تقاس الطاقة في الغالب بوحدة يطلق عليها كالورى (بالإنجليزية: Calorie)، وتقاس بالنظام الإنجليزي بوحدة BTU التي هي اختصاراً للكلمات التالية: (British Thermal Unit)، وتعني بالعربية: الوحدة الحرارية البريطانية.
ويمثل الجول الطاقة المستهلكة Q لرفع درجة حرارة جرام واحد من الماء درجة مئوية واحدة
𝐴𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝐻𝑒𝑎𝑡=𝑄=𝑚(𝑘𝑔) × 𝑐(𝑆𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐 𝐻𝑒𝑎𝑡 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡)× Δ𝑇(℃)
والعلاقة بين الجول والكالورى هي:
1 Calorie = 4.18 Joule
ويمكن التعبير عن درجات الحرارة بثلاث طرق مختلفة، وهي:
- الطريقة الأولى: باستخدام درجة الحرارة المئوية.
- الطرقة الثانية: باستخدام درجة الحرارة المطلقة أو مقياس كلفن، ونحصل عليها بإضافة 273 إلى الدرجة المئوية الواحدة.
- الطريقة الثالثة: قياس الحرارة بالوحدة الأمريكية (الفهرنهايت)، ويمكن تحويل الدرجة المئوية إلى فهرنهايت كالتالي: F = 32 + 1.8 times °C
اقرأ أيضاً:
المصادر: هندسة القوى الكهربائية- أ.د محمود جيلاني
