مقدمة
نتعامل بشكل يومي مع العديد من الأجهزة الإلكترونية والكهربائية وكذلك مع بعض الأجهزة الميكانيكية، وتختلف هذه الأجهزة بشكل عام عن بعضها البعض في التصميم ومبدأ العمل والزمن الذي تحتاجه لإنجاز عمل معين، فلو كان لدينا مضختين للمياه الأولى تحتاج ساعتين لنقل المياه من مكان تواجدها إلى أماكن استهلاكها بينما الأخرى تحتاج إلى خمسة ساعات للقيام بنفس العمل، فإننا نستنتج بأن المضخة الأولى لها القدرة على إنجاز نفس العمل والشغل ولكن بوقت أقل، وقد قامت الشركات المصنعة لجميع الأجهزة سواء الإلكترونية أو الميكانيكية الموجودة في المنزل، أو المصنع، أو أماكن العمل الأخرى بوضع علامة تدل على قدرة هذا الجهاز أو الآلة على إنجاز الشغل والعمل المرتبطه به، ومن خلال هذا المقال سوف نتعرف على مفهوم وتعريف ومعنى القدرة بشكل عام وطريقة حسابها للأنظمة المختلفة ونوضح بعض الأمثلة التطبيقية عليها.
مفهوم وتعريف ومعنى القدرة
إن مفهوم وتعريف ومعنى القدرة متشابه في جميع الأنظمة الفيزيائية والكهربائية وغيرها، ولكن تختلف طريقة التعبير عن هذه القدرة بالقوانين الرياضية، حيث تختلف قوانين القدرة في الأنظمة الميكانيكية عن قوانين القدرة في الأجهزة الكهربائية لكن مفهوم وتعريف ومعنى القدرة في كلا النظامين واحد، فالقدرة هي كمية فيزيائية قياسية (أي نعبر عنها بمقدار ووحدة فقط) تستخدم لقياس كمية الشغل المنجز أو معدل الطاقة المتحولة في فترة زمنية معينة، وتقاس القدرة بوحدة الواط وذلك نسبة للعالم جيمس واط مخترع ومطور المحرك البخاري، وفي النظام الميكانيكي فإن القدرة تقيس مدى سرعة أو بطء الآلة في إنجاز شغل أو عمل معين، فمثلا لو كان لدينا آلتين لتعبئة أكياس الإسمنت حيث الأولى خلال اثنتي عشرة ساعة تملأ عشرة آلاف كيس بينما الثانية تحتاج إلى خمس ساعات للقيام بنفس العمل للآلة الأولى، فإننا نقول بأن الآلة الثانية تنجز نفس العمل في فترة زمنية أقل أي أن لها قدرة عالية على إنجاز العمل، وفي هذه الحالة فإن القدرة في النظام الميكانيكي تساوي الشغل الذي نريد القيام به على الفترة الزمنية التي يتم إنجاز به الشغل (القدرة= الشغل/ الزمن)، بينما في النظام الكهربائي فإن القدرة تقيس مقدار الطاقة الكهربائية المتحولة خلال فترة زمنية معينة، فمثلا مقدار الطاقة الكهربائية المتحولة في المدفأة إلى طاقة حرارية خلال زمن معين تسمى قدرة المدفأة ومقدار الطاقة الكهربائية المتحولة إلى طاقة حركية في الغسالة تسمى بقدرة الغسالة وهكذا، وهذا يعني أن القدرة في الأجهزة الكهربائية تساوي مقدار الطاقة المتحولة على وحدة الزمن (القدرة= الطاقة المتحولة/ الزمن) حيث تتناسب القدرة الكهربائية مع فرق الجهد بين طرفي الجهاز والتيار الكهربائي المار في نفس الجهاز.
أمثلة على الميكانيكية والكهربائية
تقوم الشركات المصنعة لجميع الأجهزة الإلكترونية والكهربائية والميكانيكية وغيرها بوضع علامة توضح مدى قدرة هذا الجهاز المستخدم، حيث من خلال هذه العلامة نستطيع معرفة مثلا استهلاك الطاقة الكهربائية في الجهاز وبالتالي معرفة ثمن هذه الطاقة، وأيضا نستطيع معرفة استهلاك الأجهزة الميكانيكية مثل محرك السيارة للوقود، فمثلا لو كان لدينا مصباح كهربائي قدرته مئة واط ويعمل لمدة مئة ساعة وكان ثمن الكيلو واط ساعة في المدينة التي نعيش فيها يساوي عشرة قروش فإننا نستطيع حساب تكاليف الطاقة التي يستهلكها هذا المصباح كالآتي:
- التكاليف يساوي الطاقة المتحولة مضروبة في الزمن حيث الطاقة المتحولة (بوحدة الكيلو واط ساعة) تساوي القدرة (كيلو واط) مضروبة بالزمن (ساعة).
- أما في الآلات الميكانيكية فلو كان لدينا مضخة مياه تنجز شغل مقداره 1000 جول خلال ساعة واحدة فإن قدرة هذه المضخة تساوي كالآتي:
