الدوائر الكهربية: قانون أوم والمقاومات وتكلفة الكهرباء
Week 8 · Lesson 2 Electric Circuits: Ohm's law, resistors in series and in parallel, electric power and energy, the cost of household electricity, safety · 3 lessons
3
القدرة والطاقة وتكلفة الكهرباء
Science Prep 3 Term 1, Unit 2: pp. 46–53
الهدفأحسب القدرة الكهربية والطاقة بالجول وبالكيلووات.ساعة وتكلفة الكهرباء بسعر مفترض، وأذكر قواعد السلامة الأساسية.
كلمات جديدة
القدرة الكهربية · الطاقة الكهربية المستهلكة كل ثانية، P = E/t؛ وحدتها الوات (W) = جول لكل ثانيةالكيلووات.ساعة · الطاقة التي يستهلكها جهاز قدرته ١٠٠٠ واط في ساعة واحدة: 3.6×10⁶ Jبطاقة كفاءة الطاقة · بطاقة على الجهاز تبيّن استهلاكه الشهري للطاقة وتصنيفه، وأعلى فئة هي الأكفأ
الشرح
القدرة الكهربية هي الطاقة التي يستهلكها الجهاز كل ثانية: P = E ÷ t. ووحدتها الوات، ١ W = ١ J/s، فمصباح ٩ W يستهلك ٩ J في كل ثانية. والطاقة المستهلكة E = P × t بالجول، مع t بالثانية. ولأن الجول صغير جدًا تستخدم فواتير الكهرباء الكيلووات.ساعة: ١ kW·h = ١٠٠٠ W × ٣٦٠٠ s = 3.6×10⁶ J. والطاقة بالكيلووات.ساعة = القدرة بالكيلووات × الزمن بالساعات، والتكلفة = الطاقة بالكيلووات.ساعة × سعر الكيلووات.ساعة. انتبه: الكيلووات قدرة، والكيلووات.ساعة طاقة، والسعر هنا افتراضي دائمًا؛ فالأسعار الحقيقية تختلف، ولذلك نكتب «افترض أن السعر …». وتستهلك مصابيح الليد طاقة أقل من الفلورسنت المدمج للإضاءة نفسها، فتقل تكلفة تشغيلها. وتستهلك السخانات والمكاوي ومكيفات الهواء أكبر قدر من الطاقة. وتبيّن بطاقة كفاءة الطاقة الاستهلاك الشهري والتصنيف. السلامة: لا تحمّل المقبس فوق طاقته، وأبقِ الأسلاك معزولة، وأبقِ اليدين والأدوات جافة، وأطفئ المصدر قبل تغيير أي شيء، ولا تستخدم مصادر منزلية في تجارب المدرسة أبدًا. ولا تفتح أي جهاز.
الكمية
القانون
الوحدة
القدرة
P = E ÷ t
W = J/s
الطاقة
E = P × t
J
الطاقة للفواتير
kW × h
kW·h
التكلفة
kW·h × السعر
جنيه
أمثلة محلولة
مصباح ١٠٠ W يعمل ٣٠ s. E = P × t = ١٠٠ W × ٣٠ s = ٣٠٠٠ J. ومصباح ٩ W في دقيقة يستهلك ٩ W × ٦٠ s = ٥٤٠ J.
مكواة ٨٠٠ W تُستخدم ٢ h. القدرة = ٠٫٨ kW. الطاقة = ٠٫٨ kW × ٢ h = ١٫٦ kW·h. افترض أن السعر ٢ جنيه لكل kW·h: التكلفة = ١٫٦ × ٢ = ٣٫٢٠ جنيه.
قارن بين مصباح ليد ومصباح فتيل قديم يعطيان الإضاءة نفسها، وكلاهما يعمل ٥ h يوميًا لمدة ٢٠ يومًا (١٠٠ h). افترض ٩ W لمصباح الليد و٦٠ W لمصباح الفتيل (قيم مفترضة). الليد: ٠٫٠٠٩ kW × ١٠٠ h = ٠٫٩ kW·h. الفتيل: ٠٫٠٦٠ kW × ١٠٠ h = ٦ kW·h. بسعر مفترض ٢ جنيه لكل kW·h: الليد ١٫٨٠ جنيه، والفتيل ١٢٫٠٠ جنيه. يوفر الليد ١٠٫٢٠ جنيه.
١ kW·h بالجول: ١٠٠٠ W × ٣٦٠٠ s = ٣٬٦٠٠٬٠٠٠ J = 3.6×10⁶ J.
نشاط الفصل
لعبة الفاتورة، بمساعدة أحد الكبار. اقرأ بطاقة جهاز واحد معًا من غير فتحه وانسخ قدرته بالوات. ابتكر عدد الساعات التي يعمل فيها في الشهر واحسب الطاقة بالكيلووات.ساعة. افترض أن السعر ٢ جنيه لكل كيلووات.ساعة واحسب التكلفة. افعل الأمر نفسه لجهازين آخرين وأضف فاتورة شهرية مفترضة لأسرة. وقل إن قيم البطاقة والسعر مجرد أمثلة. واذكر قاعدة سلامة لكل جهاز.
تدرّب
1
ماذا يستهلك مصباح ١٢ W في ٥ s؟
E = ١٢ W × ٥ s = ٦٠ J.
2
سخان ٢ kW يعمل ٣ h. أوجد الطاقة وأوجد التكلفة إذا افترضنا ١٫٥٠ جنيه لكل kW·h.
E = ٢ kW × ٣ h = ٦ kW·h. التكلفة = ٦ × ١٫٥٠ = ٩٫٠٠ جنيه.
3
مروحة ٦٠ W تعمل ١٠ h. أوجد الطاقة بالكيلووات.ساعة والتكلفة بسعر مفترض ٢ جنيه لكل kW·h.
