جدول المحتويات
فهم الكهرباء يشبه فهم تدفق الماء - عندما تفهمه، يتضح كل شيء. صوّر الجهد كضغط، التيار كمعدل تدفق، المقاومة كأنبوب ضيق، والقدرة كالشغل المنجز. هذا التصور يساعد عند قراءة ملصقات الأجهزة أو مقارنة تصنيفاتها. يشرح هذا الدليل الصيغ الأساسية التي يستخدمها الفنيون والهواة: قانون أوم (V = I × R) وصيغة القدرة (P = V × I). كما يتناول الفرق بين الواط والفولت‑أمبير، وكيف تحسب شركات الكهرباء kWh، وقواعد عملية لاختيار القواطع وتقدير الأحمال المنزلية.
1الكميات الأساسية والصيغ الجوهرية
سترى على الملصقات عادة الفولت (V)، الأمبير (A) والأوم (Ω). الفولت يقيس فرق الجهد، الأمبير يقيس التيار، والأوم يقيس المقاومة. باستخدام قانون أوم وصيغة القدرة تحل معظم الأسئلة العملية في الدوائر.
قانون أوم: V = I × R
يربط قانون أوم بين الثلاثة كميات. إذا عرفت اثنين يمكنك حساب الثالث: V = I × R، I = V / R، R = V / I. مثال: مصدر 12 V عبر مقاومة 6 Ω يعطي I = 12 / 6 = 2 A.
صيغة القدرة: P = V × I
الطاقة الكهربائية (واط) تساوي الجهد في التيار: P = V × I. في المثال أعلاه P = 12 × 2 = 24 W. للتحميلات المقاومة يمكن أيضاً استخدام P = I^2 × R أو P = V^2 / R.
الوحدات والرموز الشائعة
مرجع سريع: 1 W = 1 V × 1 A. البادئات الشائعة: mA (ميليأمبير)، kW (كيلوواط). kWh تقيس الطاقة (القدرة × الزمن)، وليست القدرة اللحظية.
2الواط مقابل الفولت‑أمبير وعامل القدرة
في أنظمة التيار المتردد، تختلف القدرة الظاهرة (VA) عن القدرة الحقيقية (W) بسبب تأخر الطور بين الجهد والتيار. هذا يهم عند اختيار المولدات وأنظمة UPS.
القدرة الحقيقية، الظاهرة والتفاعلية
القدرة الحقيقية (P, W) تقوم بالشغل. القدرة الظاهرة (S, VA) هي حاصل ضرب قيم RMS للجهد والتيار. القدرة التفاعلية (Q, var) تمثل الطاقة المخزنة والمعادة في المحاثات والمكثفات. العلاقة: S^2 = P^2 + Q^2 وP = S × PF.
لماذا عامل القدرة مهم
عامل قدرة منخفض يعني تيار أعلى لنفس القدرة الحقيقية، مما يزيد الخسائر وقد يتطلب موصلات ومحوّلات أكبر. بعض المرافق تفرض رسوماً على العملاء الصناعيين بسبب عامل قدرة ضعيف.
اختيار UPS والمولدات
عند اختيار UPS أو مولد استخدم تصنيف VA وتحقق من عامل القدرة. UPS بقيمة 1000 VA وعامل قدرة 0.7 يوفر نحو 700 W من القدرة الحقيقية. راجع لوحة المواصفات.
3معايير المنزل والأساسيات الدائرية
تستخدم المنازل حول العالم جهودًا اسمية وأنظمة توصيل مختلفة. معياران شائعان: 120 V في الولايات المتحدة و230 V في أوروبا. هذا الاختلاف يغير التيار الذي يسحبه الجهاز لنفس القدرة.
120 V في الولايات المتحدة مقابل 230 V في أوروبا: ماذا يعني للتيار
جهاز بقيمة 1200 W يسحب 1200 / 120 = 10 A على مصدر 120 V، لكنه يسحب ≈5.2 A على مصدر 230 V. جهد أعلى يعني تيار أقل لنفس القدرة، ما يسمح بأسلاك أرفع ويقلل الخسائر.
تحديد حجم القاطع وقاعدة 125%
يطبق الفنيون قاعدة 125% للأحمال المستمرة: يجب أن تكون فيوزات وموصلات المصرف قادرة على تحمل 125% على الأقل من التيار المستمر. تختلف الأكواد المحلية، فراجع دائمًا القواعد المحلية.
أمثلة أجهزة وبيانات اللوحة
اقرأ لوحة الجهاز: قد يذكر الميكروويف 1200 W، 120 V؛ وقد يذكر شاحن السيارة الكهربائية 7 kW عند 230 V. هذه البيانات تتيح حساب التيار واختيار القاطع والكابل المناسب. تذكر أن تيارات بدء التشغيل للمواتير أعلى من تيار التشغيل.
4الطاقة، فواتير kWh وحسابات بسيطة
تقوم شركات الكهرباء بالفوترة بالكيلوواط‑ساعة (kWh). معرفة كيفية التحويل من وات وساعات إلى kWh تساعدك في تقدير فاتورتك الشهرية أو مقارنة استهلاك الأجهزة.
تحويل الواط إلى kWh
الطاقة (kWh) = القدرة (kW) × الوقت (ساعات). مثال: مصباح 100 W يعمل 10 ساعات يستهلك 0.1 kW × 10 h = 1.0 kWh. إذا كانت الكهرباء تكلف $0.15/kWh فالتكلفة = 0.15 $.
تقدير الفواتير الشهرية
اجمع استهلاك الأجهزة: ثلاجة (150 W متوسط × 24 h × 30 d ≈ 108 kWh/شهر)، الإضاءة، الشواحن. ضع في اعتبارك أحمال الاستعداد. الأجهزة الكبيرة مثل المدافئ أو شواحن السيارات تستهلك kWh كبير.
الذروة والرسوم الزمنية
بعض الأسعار تشمل رسوم طلب (اعتمادًا على أعلى kW مستخدمة) أو أسعار أعلى في ساعات الذروة. تقليل ذروة الطلب يمكن أن يقلل التكاليف للشركات. للأسر، جدولة الأحمال الكبيرة خارج الذروة توفر نقودًا.
5السلامة، الأخطاء الشائعة والدروس التاريخية
أخطاء وحدات بسيطة أدت إلى خسائر كبيرة. معرفة الأخطاء المتكررة وكيف يفكر المحترفون في السلامة يقلل الأخطار في المشاريع من DIY إلى مواصفات المعدات.
خطأ مشهور: Mars Climate Orbiter
قد تتذكر خسارة Mars Climate Orbiter (1999) المرتبطة بخطأ وحدات: تم حساب دعم الدفع بوحدة pound‑seconds بينما توقع فريق الملاحة newton‑seconds. هذا تسبب في أخطاء المسار. الدرس: تحقق دائمًا من الوحدات بين الفرق والأدوات.
أخطاء شائعة لدى الهواة
خلط VA مع W، تجاهل عامل القدرة، التقليل من تيارات البدء، واختيار قاطع بقيمة التيار التشغيلي هي أخطاء متكررة. أيضًا الخلط بين W وkWh يؤدي إلى تقديرات تكلفة خاطئة.
حيل ذهنية سريعة ونصائح الفنيين
قواعد مفيدة: عند 120 V اضرب الأمبير بـ120 لتحصل على الواط؛ عند 230 V اضرب بالأمبير بـ230. يمكنك تقريب 230 إلى 240 للحسابات الآمنة. الفنيون يطبقون 125% للأحمال المستمرة ويأخذون بعين الاعتبار تيارات بدء التشغيل.
نصائح احترافية
- 1طريقة سريعة: P (W) = V × I؛ عند 120 V اضرب A × 120، عند 230 V اضرب A × 230.
- 2للأحمال المستمرة اختر قاطع/موصل بسعة 125% من التيار التشغيلي.
- 3kWh = (W/1000) × ساعات التشغيل.
- 4عند اختيار UPS/مولد تحقق من VA وعامل القدرة.
- 5ضع في الحسبان تيارات بدء تشغيل المحركات عند اختيار الحماية.
بمجرد أن تتقن الانتقال بين V وI وR وP تصبح معظم المسائل العملية حسابات بسيطة. استعمل قانون أوم وP = V × I للفحوصات السريعة، وتذكر فرق VA/W في أنظمة التيار المتردد. جرّب المحولات المرتبطة للتدرب على ملصقات الأجهزة وسيناريوهات الفوترة. قِس واحتسب قبل الشراء أو التثبيت وتحقق دائمًا من مواصفات الجهاز والقوانين المحلية.
