كل من قام بتشغيل الأخبار على دراية بقصص حول محطات الطاقة الكهربائية التي تتعامل مع تكلفتها وكفاءتها مقابل مدى اعتمادها على مصادر الطاقة المتجددة مقابل مصادر الطاقة غير المتجددة. لكن ماذا تعني هذه المصطلحات حقًا؟ ما الذي يتحدث عنه الناس عند مناقشة الطاقة الكهربائية؟
تعريف الطاقة الكهربائية
في الفيزياء ،قوةيُعرَّف بأنه العمل المنجز لكل وحدة زمنية ، أو P = W / t ، حيثصهي القوة بالواط (W) أو الجول في الثانية (J / s) ، العملدبليوهو في نيوتن متر (نيوتن متر) أو جول (ي) ، والوقتربالثواني. في قطاع الطاقة ، تُقاس الطاقة غالبًا بالكيلوواط أو حتى ميغاواط.
مصادر القوة في العالم الحقيقي كثيرة. تعمل العضلات على رفع أوزان الجسم ، وتدفع محركات الاحتراق السيارة ومولدات توربينات الرياح. الجملةالطاقة الكهربائيةتشير على وجه التحديد إلى الطاقة المولدة بالكهرباء ، أو تدفق الإلكترونات.
محطة الطاقة الكهربائية ، إذن ، هي مكان تتأتى فيه الطاقة من بعض المصادر - حرق الفحم ، والطاقة الشمسية أو أي شيء آخر - يتم تحويلها إلى كهرباء يمكن توصيلها للمستهلكين عن طريق الطاقة خطوط. كلما زادت كفاءة هذه العملية ، زاد عدد المستهلكين الذين يحصلون على الطاقة من نفس كمية الطاقة ، وبأقل تكلفة في كثير من الأحيان.
مصادر الطاقة الكهربائية
يمكن استخدام أي مصدر للطاقة تقريبًا في محطات توليد الطاقة لتوليد الطاقة الكهربائية. يمكن تغيير أشكال الطاقة من حالتها الأصلية إلى طاقة كامنة كهربائية. في عصر الوعي بتغير المناخ ، يكون التمييز الأكثر بروزًا بين الأنواع هو ما إذا كان المصدر أم لاقابل للتجديد(التجديد الذاتي) أوغير متجدد(مصدر محدود سيتم استخدامه في النهاية).
تشمل أمثلة مصادر الطاقة المتجددة ما يلي:
- شمسي
- الطاقة الكهرومائية
- الحرارة الأرضية
- ريح
تتضمن أمثلة مصادر الطاقة غير المتجددة (الوقود الأحفوري) ما يلي:
- فحم
- بترول
- غاز طبيعي
بالإضافة إلى كونه طويل الأمد ، فإن توليد الطاقة عبر مصادر الطاقة المتجددة عادة ما يكون له الكثير تأثير بيئي سلبي أصغر من الحفر أو التعدين للوقود الأحفوري غير المتجدد ثم الحرق معهم.
صيغة الطاقة الكهربائية
الشغل المبذول لتحريك شحنة كهربائيةف، تقاس بالكولوم (C) ، عبر فجوة محتملةالخامس، تقاس بالفولت (v) تساوي الطاقة الكهربائيةqVفي الجول (ي).
هذا يعني أنه يمكن إعادة كتابة تعريف الطاقة للطاقة الكهربائية على وجه التحديد على النحو التالي:
P = \ فارك {qV} {t}
بعد ذلك ، بالاعتماد على تعريف التيار الكهربائي على أنه تدفق الإلكترونات (الشحنات) بمرور الوقت ، يمكن إعادة كتابة الجزء "q / t" من تلك المعادلة باستخدام متغير التيارأنا، تقاس بالأمبير (أ). وبالتالي:
P = IV
في اللغة الإنجليزية ، يوضح هذا أنه يمكن أيضًا تعريف الطاقة الكهربائية على أنها مضروب تيار شيء ما في جهده.
صيغ أخرى للطاقة الكهربائية
سيلاحظ الطلاب المطلعون على الدوائر في الفيزياء أيضًا أن تطبيق قانون أوم ،V = IR، إلى أن معادلة الطاقة ينتج عنها طريقتان أخريان لحساب الطاقة الكهربائية للكائن بناءً على خصائص الدائرة التي يعمل فيها:
P = IV = I ^ 2R = \ frac {V ^ 2} {R}
مقاومةريقاس بالأوم (Ω).
أمثلة
ما مقدار الطاقة الكهربائية المتبقية في لمبة 60 وات لمدة 30 دقيقة؟
المعلومات المقدمة هنا هي قيم القوةصو الوقتر. ومع ذلك ، الوقت ليس بوحدة الثواني SI الصحيحة. مع 60 ثانية في الدقيقة لمدة 30 دقيقة ، تم تشغيل المصباح لمدة1800 ثانية.
الخطوة التالية هي إدراك هذا العملدبليويمكن قياسها بوحدة نيوتن مترأو الجول، وحدة طاقة. لذا فإن التعريف العام للسلطة هو العمل بمرور الوقت ، أوP = W / tلحلهادبليوستنتج الحل المطلوب.
W = Pt = 60 \ times 1800 = 108000 \ text {J}
ما هو خرج الطاقة من فراغ يسحب 12 أمبير من التيار من مخرج 120 فولت؟
منذ الحاليأناوالجهدالخامسفي حين أن السلطةصغير معروف ، المعادلة التي ستربط جميع المتغيرات هيP = IV.
P = IV = (12) (120) = 1،440 \ text {W}
