الشرح السابق:توليد الطاقة الكهربائية
وحدات قياس الطاقة.
بما أن توليد الطاقة الكهربائية هى عملية من عمليات تحويل الطاقة فيجب أن نشير هنا إلى وحدات قياس الطاقة. فالطاقة عموما (سواء ميكانيكية أو كهربائية أو حرارية) تقاس بوحدة الجول Joule .ففى حالة الطاقة الميكانيكية:
يمكن التعبير عن الطاقة الميكانيكية بثلاث صور مختلفة (كلها صور لنفس الطاقة ولكن بتحولات
مختلفة):
• طاقة الوضع Potential Energy:
PE = mass x gravity acceleration x height
• وطاقة الحركة Kinetic Energy,
KE = 0.5 mass x velocity²
• والشغل ,Work : وهو الإنجاز النهائى المطلوب من هذه الطاقة الميكانيكية ، وهو
عبارة عن تحريك شي ء ما لمسافة معينة ،
distance x Force = Work
وجميعها يقاس بوحدة الجول. والشكل التالى يمثل ثلاث صور للطاقة الميكانيكية وصور مختلفة
للشغل.
والجول يعبر عن كمية الشغل Work الذى تبذله قوة قدرها واحد نيوتن حين تدفع جسما لمسافة
قدرها متر واحد:
Work = Mechanical Energy (J) = Force (N) x Distance (mt) =Joules
وفى حالة الطاقة الكهربائية :
فإن نفس الوحدة (الجول) تمثل الطاقة الكهربائية المستهلكة فى الثانية داخل أى جهاز كهربائي له
قدرة Power تساوى واحد وات:
Electrical Energy = Power (watt) × time (sec) = Volt × Amp × Sec = Joules.
وحيث أن هذه الوحدة تمثل كمية ضئيلة من الطاقة فإننا يمكن أن نستخدم وحدات أكبر مثل
kWatt-Hour, kWH
1 (kWH) = 1000 x 60 x 60 = 36x10 0000 Joule
1 W.H = 3600 Joule
ملحوظة : الجول يعادل أيضا كهربائيا:
• الطاقة التي تكتسبها شحنة كهربية مقدارها 1 كولوم عند تحركها بين فرق جهد مقداره
1 فولت .
• الطاقة الالزمة لتسيير تيار كهربائي قدره 1 أمبير بين فرق جهد قدره 1 فولت مدة 1 ثانية
وأصل الطاقة الكهربية يمكن أن يكون كيميائيا كما فى البطاريات ، أو حراريا ميكانيكيا كما فى
محطات التوليد ، أو ضوئيا كما فى الخلايا الشمسية .
والمهم هنا التأكيد على أن الطاقة الكهربائية لا تأتى إلا من طاقة أخرى.
ما فى حالة الطاقة الحرارية :
فإن الطاقة تقاس فى الغالب بوحدة تسمى كالورى Calorie( وفى النظام الإنجليزى تقاس بوحدة
أخرى هى الـــ BTU, Unit Thermal British ، ) والجول يمثل الطاقة المستهلكة Q لرفع درجة
حرارة جرام واحد من الماء درجة مئوية واحدة .
𝐴𝑚𝑜𝑢𝑛𝑡 𝑜𝑓 𝐻𝑒𝑎𝑡 = 𝑄 = 𝑚(𝑘𝑔) × 𝑐(𝑆𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐 𝐻𝑒𝑎𝑡 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡) × ∆𝑇(℃).
والعالقة بين الجول والكالورى هى :
علما بأن درجات الحرارة يمكن أن يعبر عنها بثالث طرق مختلفة :
- الطريقة الأولى باستخدام درجة الحرارة المئوية .
- الطريقة الثانية باستخدام درجة الحرارة المطلقة أو مقياس كلفن Ko ، Absolute (Temperature ، ونحصل عليها بإضافة 273 إلى الدرجة المئو ية.
- والطريقة الثالثة هى قياس الحرارة بالفهرنهايت (الأكثر استخداما فى أمريكا) .
والمعادلة التالية تعبر عن طريقة التحويل من در جة مئوية إلى فهرنهايت.
F = 32 + 1.8 times °C