فرق الجهد والقدرة
| English | العربية |
|---|---|
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | فرق الجهد |
| volt/vəʊlt/ | فولت |
| electromotive force/ɪˌlektrəʊˈməʊtɪv fɔːs/ | القوة الدافعة الكهربائية |
| electrical power/ɪˈlektrɪkl ˈpaʊə/ | القدرة الكهربائية |
| Ohm's law/əʊmz lɔː/ | قانون أوم |
ماذا يعني "الجهد" حقاً
- مصدر جهد 240 فولت خطير؛ خلية 1.5 فولت غير ضارة.
- الفرق يكمن في الطاقة التي يحملها كل كولوم من الشحنة.
- تلك الطاقة لكل شحنة هي فرق الجهد.
فرق الجهد
- فرق الجهد هو الطاقة المنتقلة لكل وحدة شحنة: $V = \dfrac{W}{Q}$.
- الوحدة: الفولت، $1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$.
- تعريف الامتحان يتطلب النصفين: "الطاقة المنتقلة من الشكل الكهربائي إلى أشكال أخرى لكل وحدة شحنة تمر عبر المكون".
فرق الجهد هو الطاقة المنقولة لكل وحدة:
$V = \dfrac{W}{Q}$ — طاقة لكل شحنة، بوحدة جول لكل كولوم (فولت).
فولت واحد يساوي جول واحد لكل ____.
$1\ \text{V} = 1\ \dfrac{\text{J}}{\text{C}}$ — جول واحد من الطاقة مُنقل لكل كولوم من الشحنة.
القوة الدافعة الكهربائية مقابل فرق الجهد
- القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f.) = الطاقة التي يمنحها المصدر لكل كولوم (من الأشكال الكيميائية أو غيرها إلى الكهربائية).
- فرق الجهد = الطاقة التي يعطيها الكولوم لمكون (من الكهربائية إلى أشكال أخرى). نفس الوحدة، أدوار معاكسة.
الجهد الكهربائي هو الطاقة لكل شحنة. مصدر التغذية 240 فولت يمنح كل كولوم طاقة أكثر بـ160 مرة من الخلية 1.5 فولت — ولهذا السبب فهو خطير.
كل من القوة الدافعة الكهربائية وفرق الجهد يقاس بالفولت.
نعم — كلاهما طاقة لكل شحنة (جول/كولوم). الفرق يكمن فيما إذا كانت الطاقة تُعطى للشحنة أم تُؤخذ منها.
مثال محلول: الشحنة، الطاقة، القدرة
بطارية تدفع $0.50\ \text{A}$ عبر مصباح لمدة $4.0$ دقيقة. فرق الجهد عبر المصباح هو $6.0\ \text{V}$.
- الشحنة: $Q = It = 0.50 \times 240 = 120\ \text{C}$ (دقائق → ثوانٍ).
- الطاقة المنتقلة في المصباح: $W = VQ = 6.0 \times 120 = 720\ \text{J}$.
- القدرة: $P = \dfrac{W}{t} = \dfrac{720}{240} = 3.0\ \text{W}$ — وهي نفسها $VI = 6.0 \times 0.50$.
- التحقق: كل كولوم يوصل $6\ \text{J}$، و$120$ كولوم تمر، إذن $720\ \text{J}$؛ يجب أن تتفق الطريقتان لحساب القدرة.
فرق جهد $9.0\ \text{V}$ يدفع شحنة مقدارها $40\ \text{C}$ عبر مقاومة. كم الطاقة المنتقلة في المقاومة، بوحدة الجول؟
$W = VQ = 9.0 \times 40 = 360\ \text{J}$ — تسعة جول لكل كولوم.
القدرة الكهربائية
- دمج $V = \dfrac{W}{Q}$ مع $I = \dfrac{Q}{t}$ يعطي $P = VI$.
- الطاقة المنتقلة في زمن ما هي $E = Pt$.
القدرة الكهربائية
P = VI
عند جهد ثابت، تكون القدرة متناسبة مع التيار الذي تقوده.
يعمل جهاز بجهد $12\ \text{V}$ ويمر به تيار $2.0\ \text{A}$. ما قدرته؟
$P = VI = 12 \times 2.0 = 24\ \text{W}$.
ثلاثة أشكال للقدرة
- باستخدام قانون أوم ($V = IR$): $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$.
- اختر الشكل الذي يستخدم الكميات التي تعرفها بالفعل.
أي شكل من أشكال القدرة الكهربائية يستخدم فقط الجهد والمقاومة؟
$P = \dfrac{V^{2}}{R}$ يحتاج فقط إلى $V$ و$R$ — مفيد عندما لا تعرف التيار.
مصباح قدرت $100\ \text{W}$ يعمل لمدة $60\ \text{s}$. كم مقدار الطاقة التي ينقلها؟
$E = Pt = 100 \times 60 = 6000\ \text{J}$.
مثال محلول: أي شكل نستخدم؟
مدفأة $12\ \text{V}$ تسحب تيار $5.0\ \text{A}$. أوجد قدرتها ومقاومتها، والقدر إذا تم تشغيلها من مصدر جهد $6.0\ \text{V}$ بدلاً منه، والطاقة التي تنقلها في $10$ دقيقة عند القدرة الكاملة.
- القدرة: $P = VI = 12 \times 5.0 = 60\ \text{W}$.
- المقاومة: $R = \dfrac{V}{I} = \dfrac{12}{5.0} = 2.4\ \Omega$.
- على مصدر $6.0\ \text{V}$: مع بقاء $R$ دون تغيير، فإن $P = \dfrac{V^{2}}{R} = \dfrac{6.0^{2}}{2.4} = 15\ \text{W}$ — أي تخفيض الجهد للنصف — يُربّع انخفاض القدرة (أي تقل القدرة لأربع أضعاف).
- الطاقة: $E = Pt = 60 \times 600 = 3.6 \times 10^{4}\ \text{J} = 36\ \text{kJ}$.
- التحقق: $I^{2}R$ تعطي نفس $60\ \text{W}$: $5.0^{2} \times 2.4 = 60$. جميع الأشكال الثلاثة تتفق لأن $R$ ثابتة.
تم نقل مقاومة ثابتة من مصدر جهد $12\ \text{V}$ إلى مصدر جهد $6.0\ \text{V}$. أي العبارات صحيحة؟ حدد كل ما ينطبق.
مع ثبات $R$، ينخفض $I = \dfrac{V}{R}$ للنصف وينخفض $P = \dfrac{V^{2}}{R}$ إلى الربع. المقاومة نفسها لا تتغير.
$I^{2}R$ و$\dfrac{V^{2}}{R}$ يتفقان فقط عندما تكون $R$ ثابتة. بالنسبة لمصباح التوهج $R$ ترتفع مع ارتفاع حرارته، لذا فإن مضاعفة الجهد تعطي أقل من أربعة أضعاف القدرة. حول الدقائق إلى ثوانٍ قبل $E = Pt$. والجول الواحد هو جول لكل كولوم — وليس جول لكل ثانية، which is a watt.
فولت واحد هو جول واحد في الثانية.
فولت واحد هو جول واحد لكل كولوم — طاقة لكل شحنة. جول واحد في الثانية هو وات واحد، وهي قدرة.
لقد فهمت الأمر
- فرق الجهد هو الطاقة المنتقلة لكل وحدة شحنة: $V = \dfrac{W}{Q}$ (فولت = جول لكل كولوم)
- القوة الدافعة الكهربائية (e.m.f.) هي الطاقة المعطاة للشحنة بواسطة المصدر؛ فرق الجهد (p.d.) هو الطاقة المفقودة من الشحنة
- القدرة $P = VI = I^{2}R = \dfrac{V^{2}}{R}$ (الأخيران يحتاجان إلى $R$ ثابت)؛ الطاقة $E = Pt$