القدرة والتسخين الكهربي

عندما تبعث بطارية بتار خلال مقاوم ، كما في الشكل ((1، فإن البطارية بهذا تمد المقاوم بالطاقة. 

وبالفعل فإن العمليات الكيميائية الداخلية في البطارية تحرك الشحنة من الجهد الكهربي المنخفض عند الطرف السالب إلى الجهد الكهربي المرتفع عند الطرف الموجب. ولكي يتم هذا فإن على البطارية أن تبذل شغلاً على كمية من الشحنةq Δ ، يكون مساوياً للزيادة في طاقة الوضع الكهربية للشحنة.

الشكل ((1  

حيث V هي فولطية البطارية. وبمرور الشحنة خلال المقاوم R من النقطة a إلى النقطة b فإنها تفقد الطاقة التي أمدتها بها البطارية مولدة بذلك كمية مساوية من الطاقة الحرارية في المقاوم.

إذا تحركت شحنة مقدارها Δq خلال البطارية ( والمقاوم) في زمن مقداره tΔ ، فإن القدرة التي تسلمها البطارية تكون حسب المعادلة:

ولكن q/ΔtΔ ليست سوى التيار المار في الدائرة ، ومن ثم تكون القدرة التي يقدمها مصدر للفولطية V عندما يعمل على إمرار تيار I هي

(1)                        القدرة = IV

وعند مرور الشحنات خلال المقاوم ، فإنها تهبط خلال فرق للجهد مقداره V. وبناء عليه فإن المعادلة (1) تعطينا أيضاً القدرة المفقودة داخل المقاوم. وبالتالي يكون لدينا العلاقة التالية فقد القدرة الكهربية بالنسبة لتيار I يمر خلال المقاوم R:

(2)     

حيث أمكن كتابة هذه العلاقة باستخدام V = IR.

 أن وحدة القدرة هي جول لكل ثانية وهي الوحدة المسماة وات (W) ولعلنا معتادون على استخدام هذه الوحدة في الكهرباء لأننا نقرأها على  مصابيح الإضاءة والأجهزة الكهربية فلو أنك فحصت بصيلة إضاءة مقدارها 60 W مثلاً. لوجدت مطبوعاً عليها "120 V , 60 W". ومعنى هذا أن البصيلة تستهلك 60 W من القدرة عندما يطبق عليها جهد مقداره 120 V. ومن الأمثلة الأخرى المدفأة الكهربائية المكتوب عليها 1500 W والتي تستخدم عند جهد مقداره 120 V. وحيث أن القدرة هي شغل مبذول في وحدة الزمن فإن مدفأة الأماكن ستوفر حرارة مقدارها 1500 J كل ثانية عند تشغيلها بفرق جهد مقداره 120 V.

وتستمد الطاقة الكهربية اللازمة لتشغيل الأجهزة المنزلية المختلفة من محطات التوليد التي تديرها شركات القوى التي تتقاضى منا لما نستهلكه من طاقة مقدره بوحدات الكيلو وات ساعة (kWh) ، أن وحدة الطاقة التي تستخدمها شركات القوى الكهربائية ، وهي كليو وات ساعة تكافئ3.6×10⁸ .

وتوضح لنا المعادلة ( (1أن الوات ، بالمصطلحات الكهربية هو حاصل ضرب الأمبير في الفولت. ولذا فإن التيار الذي يسحبه جهاز ما يمكن حسابه بسرعة بمعرفة جهد التشغيل والقدرة المستهلكة:

ومصباح الإضاءة ذو البيانات 120 V , 100 W يسحب تياراً مقدراه:

أما المحرك الذي قدرته حصان واحد (1 hp) أو (746 W) ويعمل عند جهد مقداره 120 V فيسحب تياراً مقداره