تويت
وحدة قياس الكهرباء
لا تكتمل حياتنا من دون الكهرباء، نحتاج إليها في كل الأغراض سواء للترفيه عن أنفسنا بالاستماع للموسيقى ومشاهدة التلفاز أو العمل على الحاسوب أو غسل الملابس وغيرها من الأمور، فكل شيءٍ يحتاج إليها للعمل، لذا لا بدّ لنا من توسيع معارفنا حولها والبحث أكثر فيها. سنقدم في مقالنا شرحًا عن وحدة قياس الكهرباء أو بالأحرى الوحدات الأساسية لقياس الكهرباء وأهم الأدوات المستخدمة لذلك، لكن دعنا في البداية نتعرف على أنظمة الوحدات المستخدمة عالميًا.
أنظمة قياس الوحدات
على مدى مئتي عام الماضية، برزت ثلاثة أنظمة رئيسية للوحدات عالميًا، وهي:
الوحدات الأساسية لقياس الكهرباء
لا وجود لمعيار أو وحدة قياس الكهرباء الوحيدة، بل تتعدد الواحدات المستخدمة في قياس المعاملات الكهربائية باختلاف تلك المعاملات، ومن تلك الوحدات:
هو وحدة قياس الكهرباء الأساسية في النظام الدولي للوحدات (SI)، ويُعرف على أنّه مقدار الشحنة الكهربائية أو عدد الإلكترونات التي تعبر نقطة ما في دارة كهربائية خلال ثانية واحدة، أي أنّ كل أمبير واحد يساوي إلى 6.241 × 1018 إلكترون مارًا في نقطة خلال ثانية أي أنّه يساوي كولوم واحد في الثانية.
أمّا بالنسبة للتعريف الرسمي للأمبير من قبل النظام الدولي للوحدات فهو التيار الثابت الذي يمر في موصلين متوازيين مستقيمين بطول لانهائي ومقطع عرضي دائري صغير جدًا مع إبقاء مسافة متر واحد في الفراغ بينهما، سينتج بين هذين الموصلين قوة تساوي 2 * 10−7 نيوتن لكل متر من الطول.
هو وحدة الشحنة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، وإنّ حجم الكولوم مشتق من الأمبير، ويُعرَّف الكولوم الواحد بأنّه مقدار الشحنة المتدفقة عندما تكون قيمة التيار 1 أمبير.
وحدة قياس القدرة أو الاستطاعة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، والقدرة هي مقدار الطاقة المنقولة أو المستهلكة في وحدة زمنية، وهي القوة التي تنتج في ثانية واحدة طاقة قدرها 1 جول، حيث أنّ القوة هي معدل إنجاز العمل.
W = J / S
هي وحدة النظام الدولي الأساسية لقياس الجهد الكهربائي أو القوة الدافعة الكهربائية التي تسبب تحرك الإلكترونات في الدارة الكهربائية، كما يُعرف على أنّه فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة الكهربائية التي تنقل جول واحد من الطاقة لكل كولوم من الشحنة التي تمر عبرها.
V = J / C
يُمكن أيضًا تحديد علاقة الجهد كجهد كهربائي على طول سلك عندما يبدد أمبيرًا واحدًا من التيار الكهربائي المار بالسلك واط واحد من الطاقة، وفق العلاقة:
V = W / A
أمّا تعريف الفولت وفقً للتعريف الرسمي للأمبير في نظام SI، فإنّ الفولت هو فرق الجهد بين موصلين متوازيين لا متناهيين يبتعدان عن بعضهما مترًا واحدًا، الأمر الذي يولد حقلًا كهربائيًا قدره 1 نيوتن لكل كولوم.
هي وحدة قياس المقاومة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، تُعرف على أنّها المقاومة المطبقة بين نقطتين من الموصل عندما ينتج فرق جهد ثابت قدره 1 فولت تيار قدره 1 أمبير، على شرط ألا يكون الموصل مصدر أي قوة دافعة كهربائية، مثل البطارية.
Ω = V / A
تُعبر العلاقة السابقة عن معادلة قانون أوم، ويمكن التعبير عنها أيضًا بدالة مقطع السلك أو درجة حرارتها.
أجهزة القياس الكهربائية
كما يشير اسمها فهي أدوات تُستخدم في قياس المعاملات الكهربائية المختلفة باعتماد وحدات قياس الكهرباء حيث تقيس هذه الأدوات المقاومة أو التيار والجهد والطاقة وتردد الجهد والتدفق وما إلى ذلك، وتصنف إلى عدة أنواع أهمها:
لا تكتمل حياتنا من دون الكهرباء، نحتاج إليها في كل الأغراض سواء للترفيه عن أنفسنا بالاستماع للموسيقى ومشاهدة التلفاز أو العمل على الحاسوب أو غسل الملابس وغيرها من الأمور، فكل شيءٍ يحتاج إليها للعمل، لذا لا بدّ لنا من توسيع معارفنا حولها والبحث أكثر فيها. سنقدم في مقالنا شرحًا عن وحدة قياس الكهرباء أو بالأحرى الوحدات الأساسية لقياس الكهرباء وأهم الأدوات المستخدمة لذلك، لكن دعنا في البداية نتعرف على أنظمة الوحدات المستخدمة عالميًا.
أنظمة قياس الوحدات
على مدى مئتي عام الماضية، برزت ثلاثة أنظمة رئيسية للوحدات عالميًا، وهي:
- نظام السنتمتر غرام ثانية (CGS): يعتمد على قياس الأطوال بالسنتيمتر والكتلة بالغرام والوقت بالثواني، قُدّم في العام 1874، ويُستخدم في الفيزياء النظرية.
- نظام المتر كيلوغرام ثانية (MKS): نظام وحدات مادي يعتمد على قياس الأطوال بالأمتار والكتل بالكيلوغرام والزمن بالثواني، ويستخدم بشكل عام في الهندسة والفيزياء البدائية، تم اقتراحه في العام 1901، وأكثر الوحدات المعروفة في الكهرباء والمغناطيسية كالأوم والفاراد والكولوم وغيرها هي وحدات MKS.
- النظام العالمي للوحدات (SI): أكثر الأنظمة استخدامًا، وهو النظام المطور للنظام المتري، نُشر هذا النظام في العام 1960م نتيجةً للأبحاث والمناقشات التي بدأت في العام 1948م، يستند هذا النظام على نظام المتر كيلوجرام في الثانية (MKS)، ويُستخدم في العلوم والطب والحكومة والتكنولوجيا والهندسة.
الوحدات الأساسية لقياس الكهرباء
لا وجود لمعيار أو وحدة قياس الكهرباء الوحيدة، بل تتعدد الواحدات المستخدمة في قياس المعاملات الكهربائية باختلاف تلك المعاملات، ومن تلك الوحدات:
- الأمبير (A):
هو وحدة قياس الكهرباء الأساسية في النظام الدولي للوحدات (SI)، ويُعرف على أنّه مقدار الشحنة الكهربائية أو عدد الإلكترونات التي تعبر نقطة ما في دارة كهربائية خلال ثانية واحدة، أي أنّ كل أمبير واحد يساوي إلى 6.241 × 1018 إلكترون مارًا في نقطة خلال ثانية أي أنّه يساوي كولوم واحد في الثانية.
أمّا بالنسبة للتعريف الرسمي للأمبير من قبل النظام الدولي للوحدات فهو التيار الثابت الذي يمر في موصلين متوازيين مستقيمين بطول لانهائي ومقطع عرضي دائري صغير جدًا مع إبقاء مسافة متر واحد في الفراغ بينهما، سينتج بين هذين الموصلين قوة تساوي 2 * 10−7 نيوتن لكل متر من الطول.
- الكولوم (C):
هو وحدة الشحنة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، وإنّ حجم الكولوم مشتق من الأمبير، ويُعرَّف الكولوم الواحد بأنّه مقدار الشحنة المتدفقة عندما تكون قيمة التيار 1 أمبير.
- الواط (W):
وحدة قياس القدرة أو الاستطاعة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، والقدرة هي مقدار الطاقة المنقولة أو المستهلكة في وحدة زمنية، وهي القوة التي تنتج في ثانية واحدة طاقة قدرها 1 جول، حيث أنّ القوة هي معدل إنجاز العمل.
W = J / S
- الفولت (V):
هي وحدة النظام الدولي الأساسية لقياس الجهد الكهربائي أو القوة الدافعة الكهربائية التي تسبب تحرك الإلكترونات في الدارة الكهربائية، كما يُعرف على أنّه فرق الجهد بين نقطتين في الدائرة الكهربائية التي تنقل جول واحد من الطاقة لكل كولوم من الشحنة التي تمر عبرها.
V = J / C
يُمكن أيضًا تحديد علاقة الجهد كجهد كهربائي على طول سلك عندما يبدد أمبيرًا واحدًا من التيار الكهربائي المار بالسلك واط واحد من الطاقة، وفق العلاقة:
V = W / A
أمّا تعريف الفولت وفقً للتعريف الرسمي للأمبير في نظام SI، فإنّ الفولت هو فرق الجهد بين موصلين متوازيين لا متناهيين يبتعدان عن بعضهما مترًا واحدًا، الأمر الذي يولد حقلًا كهربائيًا قدره 1 نيوتن لكل كولوم.
- الأوم (Ω):
هي وحدة قياس المقاومة الكهربائية في النظام الدولي للوحدات (SI)، تُعرف على أنّها المقاومة المطبقة بين نقطتين من الموصل عندما ينتج فرق جهد ثابت قدره 1 فولت تيار قدره 1 أمبير، على شرط ألا يكون الموصل مصدر أي قوة دافعة كهربائية، مثل البطارية.
Ω = V / A
تُعبر العلاقة السابقة عن معادلة قانون أوم، ويمكن التعبير عنها أيضًا بدالة مقطع السلك أو درجة حرارتها.
أجهزة القياس الكهربائية
كما يشير اسمها فهي أدوات تُستخدم في قياس المعاملات الكهربائية المختلفة باعتماد وحدات قياس الكهرباء حيث تقيس هذه الأدوات المقاومة أو التيار والجهد والطاقة وتردد الجهد والتدفق وما إلى ذلك، وتصنف إلى عدة أنواع أهمها:
- الأميتر (Ammeter): يستخدم في قياس التيار الكهربائي المستمر أو المتناوب في الدوائر الكهربائية، تختلف باختلاف أنواعها بمبادئ التشغيل ودقة القياس، فهو قادر على قياس نطاق واسع من قيم التيار بحسب الدارة الكهربائبة، لكن عند قياس شدة التيار الصغيرة جدًا بالميليمتر أمبير والميكرو أمبير فيتم قياسها بالمللياميتر والميكرواميتر.
- الفولتميتر (Voltmeter): جهاز يقيس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين في الدوائر الكهربائية والإلكترونية، يستخدم آلية كهروميكانيكية يترجم فيها التيار إلى جهد عند المرور في السلك، لكن في بعض الأنواع مثل الفولتميتر الكهروستاتيكي يتم قياس الجهد بشكل مباشر.
- العداد الكهربائي: يستخدم لقياس كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة في دارة كهربائية، تُستخدم هذه الأجهزة في المنازل والمصانع والمحلات التجارية لقياس كمية الاستهلاك الكهربائي لتحصيل الفواتير.