عندما تشتري مصباحًا يقول لك البائع: «هذا مصباح بستين واط»، أو «ذاك بعشرة واط». ما معنى «واط»؟ ولماذا يحرص الناس على شراء الأجهزة الأقل استهلاكًا؟ إنه مفهوم الاستطاعة، الذي يخافه كثير من التلاميذ، مع أنه من أبسط المفاهيم إذا فهمت فكرته. وهو من ميدان الطاقة في برنامج السنة الثالثة متوسط، ويظهر بقوة في المسائل المتعلقة بـ فاتورة الكهرباء. تعرض هذه الصفحة مفهوم الاستطاعة، ثم قانونها ووحداتها، ثم العلاقة مع التوتر والشدة، ثم الطاقة المستهلكة، ثم الفاتورة، وتنتهي بأخطاء شائعة وتمارين محلولة.
ما الاستطاعة؟
الاستطاعة هي مقدار الطاقة التي يحولها أو يستهلكها جهاز في وحدة الزمن. أي أنها تقيس سرعة استهلاك الطاقة، ولا تقيس الطاقة نفسها.
- المصباح ذو الاستطاعة الكبيرة يستهلك طاقة أكبر في كل ثانية.
- فإذا شغلنا جهازين المدة نفسها فالأكبر استطاعة يستهلك طاقة أكثر.
قانون الاستطاعة
P = E ÷ t
حيث:
P: الاستطاعة، وحدتها الواطW.E: الطاقة المحولة، وحدتها الجولJ.t: المدة الزمنية، وحدتها الثانيةs.
أي أن 1 W = 1 J ÷ 1 s: جهاز استطاعته 1 W يحول جولًا واحدًا من الطاقة كل ثانية.
ومنه نستنتج:
E = P × t
الطاقة المستهلكة تساوي الاستطاعة مضروبة في زمن التشغيل.
وحدات الاستطاعة والطاقة
- مضاعف الواط: الكيلوواط
kW،1 kW = 1000 W. - وحدة الطاقة الدولية: الجول
J. - وحدة الطاقة العملية: الكيلوواط ساعة
kWh، وهي الطاقة التي يستهلكها جهاز استطاعته1 kWفي ساعة واحدة.
والعلاقة بينهما: 1 kWh = 3 600 000 J.
وهكذا: عند استعمال W وs نحصل على الطاقة بالجول. وعند استعمال kW وh نحصل على الطاقة بـ kWh.
الاستطاعة الكهربائية والتوتر والشدة
بالنسبة لجهاز كهربائي:
P = U × I
حيث U التوتر بالفولت V وI شدة التيار بالأمبير A. وتفيد في حساب شدة التيار التي يسحبها جهاز: I = P ÷ U.
مثال: مصباح استطاعته 60 W يشتغل تحت توتر 220 V: I = 60 ÷ 220 ≈ 0.27 A.
أمثلة
مثال 1: حساب الطاقة بالجول
مكواة استطاعتها 1000 W اشتغلت 10 min. الزمن بالثواني t = 600 s:
E = 1000 × 600 = 600 000 J.
مثال 2: حساب الطاقة بالكيلوواط ساعة
مصباح استطاعته 60 W شغل 5 h كل يوم:
- بالكيلوواط:
60 W = 0.06 kW. - الطاقة في يوم:
E = 0.06 × 5 = 0.3 kWh. - في شهر (
30يومًا):0.3 × 30 = 9 kWh.
فاتورة الكهرباء
تحسب الشركة فاتورتك بمقدار الطاقة المستهلكة بالكيلوواط ساعة، مضروبة في سعر الكيلوواط ساعة:
الفاتورة تساوي الطاقة بالكيلوواط ساعة kWh مضروبة في سعر الكيلوواط ساعة الواحد.
مثال: نفترض أن سعر 1 kWh هو 5 دنانير (للتبسيط فقط). فمصباح مثال 2 يكلف شهريًا: 9 × 5 = 45 دينارًا.
نصائح لتوفير الطاقة
- استبدال المصابيح العادية بمصابيح موفرة للطاقة.
- إطفاء الأجهزة غير المستعملة بدل وضعها في وضع الانتظار.
- اختيار أجهزة منزلية ذات تصنيف طاقوي جيد.
أخطاء شائعة
- الخلط بين الاستطاعة (الواط) والطاقة (الجول أو الكيلوواط ساعة).
- نسيان تحويل الدقائق إلى ثوانٍ أو الواط إلى كيلوواط.
- الخلط بين
kWوkWh. - كتابة قانون الاستطاعة بالمقلوب:
P = t ÷ Eخطأ. - القول إن الجهاز الأكبر استطاعة أسرع بالضرورة.
- نسيان وحدة النتيجة.
تمارين للتدرب
- جهاز استطاعته
500 Wشغل2 h. احسب الطاقة بـkWhوبـJ. - محرك استهلك
7200 Jفي60 s. احسب استطاعته. - مصباح
100 Wتحت220 V. احسب شدة التيار. - فاتورة: جهاز
2 kWيشتغل3 hيوميًا لمدة10أيام، والسعر4دنانير للكيلوواط ساعة.
الحلول:
E = 0.5 × 2 = 1 kWh، وبالجول1 × 3 600 000 = 3 600 000 J.P = 7200 ÷ 60 = 120 W.I = 100 ÷ 220 ≈ 0.45 A.E = 2 × 3 × 10 = 60 kWh، والفاتورة60 × 4 = 240دينارًا.
الشرح المصوّر
لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يشرح الأستاذ مهيدي في فيديو «كل ما تحتاج معرفته عن الاستطاعة، فيزياء 3AM بطريقة بسيطة» هذا الدرس في نحو خمس وعشرين دقيقة، موضحًا أنه الدرس الذي يخافه كثير من التلاميذ وأنه سيبسطه، ويبدأ بسؤال البائع عن واط المصباح ليربط الاستطاعة بمقدار الطاقة المستهلكة.
وللتوسع، اطلع على هذه الملفات في الموقع: