انرژی الکتریکی: شکلی از انرژی که به‌وسیله جریان یا میدان الکتریکی منتقل می‌شود.

انرژی الکتریکی: از تولید تا مصرف در زندگی روزمره

مفاهیم پایه: ولتاژ، جریان و مقاومت

برای درک انرژی الکتریکی، ابتدا باید با سه کمیت اصلی آشنا شویم: ولتاژ، جریان و مقاومت. این سه کمیت مانند آب درون یک لوله عمل می‌کنند.

• ولتاژ (اختلاف پتانسیل): عاملی است که بارهای الکتریکی را به حرکت درمی‌آورد. می‌توان آن را به فشار آب در یک لوله تشبیه کرد. هرچه ولتاژ بیشتر باشد، "فشار" برای حرکت الکترون‌ها بیشتر است. واحد اندازه‌گیری آن ولت (V) است.
• جریان الکتریکی: به نرخ عبور بارهای الکتریکی (الکترون‌ها) از یک مقطع گفته می‌شود. این کمیت معادل مقدار آبی است که در هر ثانیه از لوله عبور می‌کند. واحد آن آمپر (A) است.
• مقاومت الکتریکی: خاصیتی از مواد است که در برابر عبور جریان مقاومت می‌کند. لوله‌ای باریک که سرعت جریان آب را کم می‌کند، مثال خوبی برای مقاومت است. واحد اندازه‌گیری مقاومت، اهم (Ω) نام دارد.

رابطه بین این سه کمیت توسط قانون اهم¹ توصیف می‌شود. اگر بخواهیم این قانون را به زبان ریاضی بنویسیم: $V = I \times R$ که در آن V ولتاژ، I جریان و R مقاومت است.

انرژی و توان الکتریکی: تفاوت در چیست؟

بسیاری از مردم واژه‌های توان و انرژی را به جای یکدیگر استفاده می‌کنند، اما در فیزیک تفاوت اساسی دارند. توان الکتریکی² نرخ مصرف یا تولید انرژی الکتریکی است. به عبارت دیگر، نشان می‌دهد که یک وسیله برقی در هر لحظه چقدر انرژی مصرف می‌کند. واحد توان، وات (W) است. فرمول محاسبه توان بسیار ساده است: $P = V \times I$
اما انرژی الکتریکی³ مقدار کل کاری است که توسط جریان الکتریکی انجام شده است. انرژی حاصل ضرب توان در زمان است. هرچه یک وسیله پرمصرف‌تر (توان بالاتر) مدت زمان بیشتری روشن بماند، انرژی بیشتری مصرف کرده است. واحد اندازه‌گیری انرژی الکتریکی در خانه، کیلووات-ساعت (kWh) است. $E = P \times t$ برای روشن‌تر شدن تفاوت، می‌توانید جدول زیر را مقایسه کنید:

کاربرد عملی: محاسبه مصرف برق در خانه

یکی از مهم‌ترین کاربردهای مفاهیم انرژی و توان، محاسبه قبض برق است. شرکت‌های برق، انرژی مصرفی ما را بر حسب کیلووات-ساعت (kWh) اندازه‌گیری و صورتحساب صادر می‌کنند. بیایید با یک مثال ساده این کار را انجام دهیم. فرض کنید یک کولر آبی با توان 500 وات (0.5 کیلووات) به مدت 8 ساعت در روز روشن است. همچنین، یک یخچال با توان متوسط 150 وات (0.15 کیلووات) به طور 24 ساعته به کار خود ادامه می‌دهد (کمپرسر آن مرتب خاموش و روشن می‌شود، اما برای سادگی، فرض می‌کنیم همیشه با این توان کار می‌کند).

• مصرف روزانه کولر:$0.5 \, kW \times 8 \, h = 4 \, kWh$
• مصرف روزانه یخچال:$0.15 \, kW \times 24 \, h = 3.6 \, kWh$
• مصرف کل روزانه:$4 + 3.6 = 7.6 \, kWh$

اگر قیمت هر کیلووات-ساعت برق 500 ریال باشد، هزینه برق این دو وسیله در یک روز برابر است با: $7.6 \, kWh \times 500 \, \text{ریال}/kWh = 3800 \, \text{ریال}$ در طول یک ماه (30 روز)، این مبلغ به 114,000 ریال می‌رسد. این محاسبات ساده نشان می‌دهد که چگونه می‌توان با کاهش زمان مصرف وسایل پرمصرف، در هزینه‌ها صرفه‌جویی کرد.

چالش‌های مفهومی

پاورقی

¹ قانون اهم (Ohm's Law): بیان می‌کند که در یک هادی، جریان عبوری (I) با ولتاژ دو سر هادی (V) نسبت مستقیم و با مقاومت هادی (R) نسبت عکس دارد.
² توان الکتریکی (Electric Power): آهنگ انجام کار توسط انرژی الکتریکی. در مدارهای الکتریکی، توان از حاصل‌ضرب ولتاژ در جریان به دست می‌آید.
³ انرژی الکتریکی (Electrical Energy): نوعی انرژی پتانسیل یا جنبشی است که به دلیل حرکت یا تجمع بارهای الکتریکی ایجاد می‌شود و می‌تواند به شکل‌های دیگر انرژی تبدیل شود.