نظرة عامة حول مفهوم القدرة ووحدة قياسها

يمكن تعريف القدرة (بالإنجليزية: Power) بأنها مقدار الشغل المبذول أو الطاقة المستهلكة لإنجاز عمل ما في وحدة الزمن، وتزيد القدرة بقصر وقت الشغل المبذول، أو بقصر وقت الطاقة المستهلكة،[١] ويُرمز لها بالرمز (P)، أما عن وحدة القياس العالمية للقدرة فهي الواط (بالإنجليزية: Watt) نسبة إلى العالم الاسكتلندي جيمس واط، إذ يساوي الواط الواحد شغلاً مبذولاً مقداره جول واحد في فترة زمنية مقدارها ثانية واحدة، فإذا كان الرمز ∆ط يمثل التغير في الطاقة (المقاسة بالجول) والرمز ∆ز يمثل الفترة الزمنية بوحدة الثانية؛ فإن القدرة = ∆ط/∆ز.


هناك وحدة أخرى لقياس القدرة وهي الحصان أو قوة الحصان (بالإنجليزية: Horsepower) ويُرمز لها عادة بالرمز (hp)، وهي وحدة قياس القدرة في النظام البريطاني، ويعود أصلها إلى القرن السابع عشر، وهي القوة المطلوبة لتحريك 550 رطلاً بقدم واحدة في ثانية واحدة وتساوي تقريباً 746 واط،[٢][٣] ونظراً لأن القدرة ليس لها أي اتجاه فهي تعتبر كمية قياسية.[٤]


قوانين حساب القدرة

هناك العديد من القوانين التي يمكن من خلالها حساب القدرة، وهي:[٥][٦]


  • عند معرفة قيمة الشغل المنجز (جول) والزمن (ثانية) يمكن حساب القدرة كالآتي:

القدرة (P) = الشغل المنجز (W) / الزمن (t).


  • عند معرفة قيمة الطاقة المستهلكة لإتمام عمل ما والزمن (ثانية) يمكن حساب القدرة كالآتي:

القدرة (P) = التغير في الطاقة (ΔE) / الزمن (Δt).


  • عند معرفة الجهد الكهربائي والتيار الكهربائي يمكن حساب القدرة الكهربائية كالآتي:

القدرة الكهربائية (P) = الجهد (V)×التيار (A).


  • عند معرفة المقاومة الكهربائية والتيار الكهربائي يمكن حساب القدرة الكهربائية كالآتي:

القدرة الكهربائية (P) = (التيار (A))2 ×المقاومة (R).


  • عند معرفة المقاومة الكهربائية والجهد الكهربائي يمكن حساب القدرة الكهربائية كالآتي:

القدرة الكهربائية (P) = (الجهد (V))2/المقاومة (R).


الفرق بين الطاقة والقدرة

يكمن الفرق بين الطاقة والقدرة في أن الطاقة تعتبر المسؤولة عن حدوث التغيير في النظام كما يمكنها التحوّل من شكل إلى آخر وتقاس بوحدة الجول أو نيوتن. متر، ويهي تعبر عن قدرة النظام على تنفيذ الشغل، أما القدرة فهي تعبّر عن معدل انتقال الطاقة، وتُقاس بوحدة الواط وهي الوحدة الأكثر شيوعاً، ويجدر بالذكر أن الواط يعادل جول لكل ثانية؛ فمثلاً إذا كان الهاتف الذكي يستخدم 5 جول من الطاقة لكل ثانية فإن القدرة بطبيعة الحال ستساوي 5 جول في الثانية أو 5 واط.[٧][٨]


أمثلة على حساب القدرة


السؤال:

آلة كهربائية تستخدم 300 جول من الطاقة لتنجز عملها في 10 ثوانٍ، ما هي قدرتها؟ [٩]

الحل:
  • القدرة (P) = الشغل المبذول (W)/ الزمن (t)
  • القدرة (P) = 10/300
  • القدرة (P) = 30 واط.




السؤال:

صعد أحمد الذي تبلغ كتلته 60 كغ، مسافة مقدارها 12م، خلال زمن مقداره 40 ثانية، فكم تبلغ قدرته؟[٩]

الحل:
  • لحل هذه المسألة يجب علينا أولاً حساب الشغل حتى نتمكن من حساب القدرة، وذلك كما يلي:
  • الكتلة = 60 كغ، الارتفاع = 12 م، الزمن = 40 ثانية.
  • الشغل المبذول = القوة المبذولة×الإزاحة = الكتلة (كغ)×تسارع الجاذبية الأرضية (م/ث2)×الارتفاع (م) = 60×9.8×12 = 7,065 جول.
  • القدرة (P) = الشغل المبذول (W)/الزمن (t).
  • القدرة (P)= 7,056/40
  • القدرة (P) = 176.4 واط.





السؤال:

احسب القدرة لرجل يدفع صندوق مسافة 8 متر، بقوة تبلغ 15 نيوتن خلال فترة زمنية مقدارها 6 ثواني.[١٠]

الحل:
  • لحل هذه المسألة يجب علينا أولاً حساب الشغل حتى نتمكن من حساب القدرة، وذلك كما يلي:
  • القوة = 15 نيوتن، المسافة = 8 متر، الزمن = 6 ثانية.
  • الشغل المبذول = القوة المبذولة×الإزاحة = 15×8 = 120 جول.
  • القدرة (P) = الشغل المبذول (W)/الزمن (t).
  • القدرة (P)= 120/6
  • القدرة (P) = 20 واط.





السؤال:

تعمل بطارية هاتف محمول على فرق جهد مقداره 12 فولت، وتحتاج إلى تيار قيمته 0.9 أمبير عند تشغيل الموسيقى، احسب مقدار الطاقة التي تحتاجها؟[١١]

الحل:
  • القدرة الكهربائية (P) = الجهد (V)×التيار (A)
  • القدرة الكهربائية (P) = 0.9×12
  • القدرة الكهربائية (P) = 10.8 واط.






السؤال:

إذا كان أحد مكونات الدائرة الكهربائية فرق جهده 5 فولت، ومقاومته 2 أوم ، احسب القدرة المستهلكة لهذا الجزء.[١٢]

الحل:
  • القدرة (P) = (الجهد (V))2 / المقاومة (ohm)
  • القدرة (P) = (5×5)/12.5 = 2 واط.






السؤال:

مقاومة قيمتها 15 أوم يمر فيها تيار قيمته 4 أمبير، ما هي قيمة القدرة المستهلكة خلالها؟ [١٢]

الحل:
  • القدرة الكهربائية (P) = (التيار (A))2 ×المقاومة (R).
  • القدرة الكهربائية (P) = 15×(4×4)
  • القدرة الكهربائية = 240 واط.






المراجع

  1. ↑ Andrew Zimmerman Jones (15/7/2019), "Defining Power in Physics", thoughtco, Retrieved 15/9/2021.
  2. ↑ "?What is power", Khan Academy , Retrieved 15/7/2021.
  3. ↑ Andrew Zimmerman Jones (15/7/2019), "Defining Power in Physics", thoughtco, Retrieved 26/7/2021.
  4. ↑ "Work, Energy and Power", byjus, 19/10/2020, Retrieved 15/7/2021.
  5. ↑ "?What is power", Khan Academy , Retrieved 15/7/2021.
  6. ↑ "Electrical Energy and Power", Toppr, Retrieved 15/7/2021.
  7. ↑ "?What Is the Difference Between Power and Energy", Kqed, 14/11/2014, Retrieved 15/7/2021.
  8. ↑ Andrew Zimmerman Jones (10/9/2018), "Energy: A Scientific Definition", Thoughtco, Retrieved 26/7/2021.
  9. ^ أ ب "Power Formula", byjus, 2/3/2021, Retrieved 15/7/2021.
  10. ↑ "Power with Examples", www.physicstutorials.org, Retrieved 15/7/2021.
  11. ↑ "Electric Power Formula", Toppr, Retrieved 15/7/2021.
  12. ^ أ ب "Power and energy", Siyavula, Retrieved 15/7/2021.