Electric Power and Energy
منضدة ثلاثية الأبعاد من أجهزة تسلك سلوكها الحقيقي: مصباح تتوهج فتيلته، ومدفأة تحمرّ قضبانها، ومحرك يدور. اقرأ لوحة البيانات، واستخرج R = V²/P، وراقب صيغ القدرة الثلاث وهي تتفق — إلى أن تختار المحرك، حيث V ليست IR وتنهار V²/R.
كيف تستخدم هذه المحاكاة
- اختر مصباح 60 واط أو مصباح 150 واط أو مدفأة 2000 واط واقرأ لوحة البيانات
- اسحب منزلق التغذية لتشغيل كل جهاز فوق جهده المقنن أو دونه
- اضغط Start the clock لتراكم الطاقة ومشاهدة الجولات وهي تتجمع
- اختر محرك 40 واط وقارن صيغ القدرة الثلاث بعضها ببعض
ما الذي تلاحظه
- بالنسبة للمصباح والمدفأة تعطي P = VI وP = I²R وP = V²/R الرقم نفسه
- تشغيل جهاز دون جهده المقنن يُنقص القدرة أسرع من نقصان الجهد
- مدفأة 2000 واط تسحب تيارًا أكبر بكثير عند التغذية نفسها من أيٍّ من المصباحين
- بالنسبة للمحرك لا تصمد إلا P = VI — أما الأخريان فتختلفان لأن V ≠ IR
- الطاقة قدرة مضروبة في زمن، فقد يتفوق جهاز صغير يُترك مشتغلًا على جهاز كبير يُشغَّل لبرهة
الفيزياء وراءها
القدرة الكهربية هي P = VI في كل الأحوال، لأنها تتبع مباشرةً من الطاقة لكل وحدة شحنة مضروبةً في الشحنة لكل وحدة زمن. أما الصيغتان المألوفتان P = I²R وP = V²/R فتُستخرجان بالتعويض بقانون أوم، ومن ثم لا تصحّان إلا حيث يصح V = IR — أي لجهاز مقاوم بحت كمصباح أو مدفأة. والمحرك يحوّل معظم دخله إلى شغل ميكانيكي ويولّد قوة دافعة عكسية، فلا يكون جهد طرفيه IR وتعطي الصيغتان المعوَّضتان نتيجة خاطئة. والطاقة تتبع من E = Pt.