كيفية قياس الطاقة الكهربائية: دليل شامل

ما هي الطاقة الكهربائية؟

الطاقة الكهربائية هي المنتج لـ القوة الكهربائية و الوقت، وتُقاس بوحدة الجوال (J). جوال واحد من الطاقة الكهربائية يساوي واط واحد من القوة المستهلكة لمدة ثانية واحدة. رياضيًا، يمكننا كتابة:

E=P×t

حيث،

• E هي الطاقة الكهربائية بالجوال (J)

• P هي القوة الكهربائية بوحدة الواط (W)

• t هي الوقت بالثواني (s)

الطاقة الكهربائية والقوة الكهربائية هما مفاهيم متصلة. القوة الكهربائية هي كمية التيار الكهربائي الذي يتدفق عبر دائرة بسبب فرق جهد معين عبرها. القوة الكهربائية هي أيضًا معدل تسليم أو استهلاك الطاقة الكهربائية بواسطة جهاز أو نظام. تقاس القوة الكهربائية بوحدة الواط (W)، والتي تعادل الجوالة لكل ثانية (J/s). رياضيًا، يمكننا كتابة:

P=V×I

حيث،

• P هي القوة الكهربائية بوحدة الواط (W)

• V هو الفرق في الجهد بالأفولت (V)

• I هو التيار الكهربائي بالأمبير (A)

لقياس الطاقة الكهربائية، يجب أن نعرف كلًا من القوة الكهربائية ومدة الوقت التي يتم فيها تطبيقها أو استهلاكها. على سبيل المثال، إذا تم تشغيل مصباح قوة 100 واط لمدة 10 دقائق، فإن الطاقة الكهربائية المستهلكة منه هي:

E=P×t=100 W×10×60 s=60,000 J

وحدات الطاقة الكهربائية

الجوال هو الوحدة القياسية للوحدة الطاقية في النظام الدولي للوحدات (SI)، ولكنه صغير جدًا لأغراض عملية عند التعامل مع كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية. لذلك، تستخدم وحدات أخرى شائعة لقياس الطاقة الكهربائية، مثل الساعة-واط (Wh)، والساعة-كيلوواط (kWh)، والساعة-ميغاواط (MWh)، والساعة-غيغاواط (GWh). هذه الوحدات مشتقة من ضرب وحدة القوة (واط) بوحدة الزمن (ساعة).

• الساعة-واط (Wh) هي كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة بواسطة جهاز أو نظام يستهلك واط واحد من القوة لمدة ساعة واحدة. تظهر كيف يتم استهلاك القوة خلال فترة زمنية. الساعة-واط الواحدة تعادل 3,600 جوال. على سبيل المثال، يستهلك مصباح LED بقوة 15 واط 15 Wh من الطاقة الكهربائية في الساعة الواحدة.

• الساعة-كيلوواط (kWh) هي وحدة أكبر من الطاقة الكهربائية تستخدم بشكل شائع للأجهزة المنزلية والفواتير المرافق. الساعة-كيلوواط الواحدة تعادل 1,000 ساعة-واط أو 3.6 ميجاجوال. على سبيل المثال، يستهلك الثلاجة التي تستهلك 300 واط من القوة 300 Wh أو 0.3 kWh من الطاقة الكهربائية في الساعة الواحدة.

• الساعة-ميغاواط (MWh) هي وحدة من الطاقة الكهربائية تستخدم عادةً لقياس الإنتاج أو الاستهلاك لمحطات الطاقة الكبيرة أو الشبكات. الساعة-ميغاواط الواحدة تعادل 1,000 ساعة-كيلوواط أو 3.6 غيجاجوال. على سبيل المثال، تنتج محطة توليد الكهرباء التي تعمل بالفحم وبقدرة 600 MW 600 MWh من الطاقة الكهربائية في الساعة الواحدة.

• الساعة-غيغاواط (GWh) هي وحدة من الطاقة الكهربائية تستخدم لقياس كميات كبيرة جدًا من إنتاج أو استهلاك الكهرباء على مدى فترات طويلة. الساعة-غيغاواط الواحدة تعادل 1,000 ساعة-ميغاواط أو 3.6 تيراواط. على سبيل المثال، كان إجمالي استهلاك الكهرباء في الولايات المتحدة عام 2019 حوالي 3,800 TWh أو 3.8 مليون GWh.

الجدول التالي يلخص وحدات الطاقة الكهربائية وتحويلاتها:

كيفية قياس الطاقة الكهربائية بالمتر

لقياس الطاقة الكهربائية، نحتاج إلى جهاز يمكنه تسجيل القوة الكهربائية ومدة الوقت التي يتم فيها تطبيقها أو استهلاكها. يُطلق على هذا الجهاز اسم  متر الطاقة الكهربائية أو ببساطة  المتر الطاقي. المتر الطاقي هو جهاز يقيس كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة من قبل منزل أو مؤسسة أو جهاز يعمل بالكهرباء. يقيس المجموع الكلي للقوة المستهلكة خلال فترة زمنية ويتم تصحيحه بوحدات الفواتير، الأكثر شيوعًا منها الساعة-كيلوواط (kWh). تُستخدم أجهزة القياس في الدوائر الكهربائية المنز