الطاقة والقدرة

ما هي الطاقة؟

الطاقة هي قدرة جسم أو نظام ما على القيام بشغل. ويمكن أن تظهر في أشكال مختلفة كثيرة -- الطاقة الحركية (الحركة)، والطاقة الكامنة (الوضع)، والطاقة الحرارية، والطاقة الكيميائية، والطاقة الكهربائية؛ ووفق قانون حفظ الطاقة يمكن أن تتحول من شكل إلى آخر، لكن كميتها الكلية لا تُستحدث من العدم ولا تختفي.

الطاقة كمية مشتقة؛ تنتج من حاصل ضرب القوة في المسافة (الشغل)، ويُعبَّر عن بعدها في النظام الدولي بـ ML²T⁻² (كتلة × طول تربيع / زمن تربيع).

وحدة الطاقة في النظام الدولي: الجول

الجول هو الوحدة المشتقة للطاقة في النظام الدولي ويُرمز له بالحرف ج؛ سُمّي تيمنًا بالفيزيائي البريطاني جيمس بريسكوت جول من القرن التاسع عشر. ويساوي الجول الواحد الطاقة اللازمة لتحريك جسم بقوة نيوتن واحد مسافة متر واحد.

وبما أن الجول قيمة صغيرة نسبيًا لكثير من كميات الطاقة المتداولة يوميًا، تُستخدم في الهندسة والحياة اليومية مضاعفاته كالكيلوجول (ألف جول) والميغاجول (مليون جول) بشكل أكثر شيوعًا.

كيلوواط الساعة: وحدة فاتورة الكهرباء

الكيلوواط الساعة (kWh) هو مقدار الطاقة المستهلكة عند استخدام قدرة مقدارها 1 كيلوواط لمدة ساعة كاملة، وهو الوحدة المعيارية عالميًا في فوترة استهلاك الكهرباء. ويساوي 1 كيلوواط ساعة بالضبط 3,600,000 جول (3.6 ميغاجول).

لحساب استهلاك جهاز كهربائي، يكفي ضرب قدرته (بالواط) في مدة تشغيله (بالساعات)؛ فجهاز بقدرة 2000 واط يعمل 3 ساعات مثلًا يستهلك 6 كيلوواط ساعة من الطاقة.

السعرة والكيلوسعرة: الطاقة في التغذية

كانت السعرة الحرارية تُعرَّف أصلًا بأنها كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من الماء بمقدار درجة مئوية واحدة؛ وتساوي السعرة الواحدة 4.184 جول بالضبط.

القيمة "السعرات" الموجودة على ملصقات الأغذية هي علميًا كيلوسعرة حرارية (1000 سعرة) -- وهذه التسمية الشائعة في علوم التغذية غالبًا ما تسبب التباسًا؛ فعندما يُذكر أن طعامًا يحتوي "200 سعرة"، فالمقصود فعليًا 200 كيلوسعرة (200,000 سعرة). وفي دول عديدة يُشترط أيضًا ذكر القيمة بالكيلوجول (kJ) على ملصقات الأغذية.

BTU والثيرم: الطاقة في التدفئة والغاز الطبيعي

BTU (الوحدة الحرارية البريطانية) هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة رطل واحد من الماء بمقدار درجة فهرنهايت واحدة، وتُستخدم عالميًا -- رغم أصلها الأمريكي -- للتعبير عن سعة أنظمة التدفئة والتبريد (كمكيفات الهواء وسخانات المياه). ويساوي 1 BTU نحو 1055.06 جول.

أما الثيرم فهو وحدة طاقة أكبر تُستخدم في فوترة الغاز الطبيعي، ويساوي 100,000 BTU بالضبط. وفي بعض الدول يُفوتر استهلاك الغاز الطبيعي بالثيرم مباشرة بدلًا من المتر المكعب.

الإلكترون فولت: وحدة العالم دون الذري

الإلكترون فولت (eV) هو الطاقة الحركية التي يكتسبها إلكترون عند عبوره فرق جهد مقداره فولت واحد، وهو وحدة طاقة صغيرة جدًا (1 eV ≈ 1.602176634 × 10⁻¹⁹ جول).

في فيزياء الجسيمات والذرة، تُعبَّر الطاقات غالبًا بالإلكترون فولت (ومضاعفاته keV وMeV وGeV) بدلًا من الجول، لأن الجول يعطي أرقامًا غير عملية الصغر على هذا المقياس.

مبدأ حفظ الطاقة

وفق قانون حفظ الطاقة، المعروف أيضًا بالقانون الأول للديناميكا الحرارية، تبقى الطاقة الكلية في نظام مغلق ثابتة؛ فلا يمكن استحداث الطاقة أو إفناؤها، بل تحويلها فقط من شكل إلى آخر.

في محرك السيارة مثلًا، تتحول الطاقة الكيميائية (الوقود) أولًا إلى طاقة حرارية ثم إلى طاقة ميكانيكية (حركة)؛ ورغم أن جزءًا من الطاقة يتحول عبر الاحتكاك وعوادم العادم إلى حرارة غير مستفاد منها، تبقى الكمية الكلية للطاقة دون تغيير.

لماذا التحويل بين وحدات الطاقة مهم؟

تفضّل قطاعات مختلفة تقليديًا وحدات طاقة مختلفة: الهندسة الكهربائية الكيلوواط ساعة، وعلوم التغذية الكيلوسعرة الحرارية، وقطاع التكييف والتدفئة BTU، وقطاع الغاز الطبيعي الثيرم. والتحويل الصحيح بين هذه الوحدات أساسي لمقارنة كفاءة الطاقة وحساب التكاليف.

لمقارنة كفاءة مضخة حرارية بغلاية غاز مثلًا، يجب تحويل استهلاك الطاقة لكلا النظامين إلى وحدة مشتركة (غالبًا كيلوواط ساعة أو جول).

البدء الأسرع

إذا كنت تبحث عن تحويل مباشر، ابدأ من قائمة التحويلات الشائعة في أعلى الصفحة. وإذا كنت تريد توسيع التصفح خارج هذه الفئة، فانتقل إلى بوابة كل التحويلات أو راجع معجم الوحدات في هذه الصفحة.