ما هو الواط وما الفرق بينه وبين الفولت والأمبير؟

قد تتساءل عن ما هو الواط وما الفرق بينه وبين الفولت والأمبير؟ ويبدو تعريف هذه الأمور صعبًا في البداية لغير الدارسين، إلا أننا إذا ما قربنا المفهوم ببعض الأمثلة سيسهل علينا تبيان ماهية هذه الأمور.

فإذا كان لدينا أنبوب يتدفق فيه الماء فيمكننا القول بأن مقدار حجم الماء المتدفق في الزمن هو التيار الكهربائي، بينما يكون الضغط الذي يشكله خزان الماء على بداية الأنبوب والمسبب لتدفق الماء هو الجهد، وأما الواط فيمكننا أن نقول بأنه القوة التي ينتجها الماء، كلنا يتذكر تلك القوة التي تؤدي لحركة العنفات المائية.

وعلى ضوء المثال السابق يمكنني البدء بالتعريف الكهربائي للمفاهيم الثلاثة.

التيار وواحدة قياسه الأمبير (Ampere)، يعبر عن مقدار سرعة تدفق التيار الكهربائي. وعندما نقول سرعة، فهذا يعني أن للزمن دور في قياس التيار.

الفولت هو مقدار القوة المحركة أو هو فرق الكمون (الجهد) الكهربائي بين طرفي المنبع الذي يسبب تدفق تيار قيمته 1 أمبير في ناقل مقاومته 1 أوم.

الواط هو وحدة قياس الطاقة الكهربائية المساوية لـ 1 فولت أمبير.

وفي المثال الكهربائي يمكننا القول أن فرق الجهد بين طرفي البطارية هو ما يسبب تدفق التيار وليس الجهد وحده، فإذا وصلنا القطب الموجب لبطارية 3 فولت بالقطب الموجب لبطارية أخرى مماثلة بسلك معدني، فإن قيمة التيار المتدفق تساوي صفر، لأن فرق الجهد بين الطرفين يساوي الصفر. بينما إذا وصلنا القطب السالب للبطارية مع قطبها الموجب بسلك فيسمر تيار أعظمي قيمته تسعى للانهاية في الشروط النظرية.

فنظريًا عند وصل طرفي البطارية يجب أن تنتقل كل الإلكترونات من القطب السالب إلى القطب الموجب بنفس اللحظة، إلا أن الواقع العملي لا يعرف اللانهاية، لأن للسلك مقاومة مهما بلغت جودة ناقليته للتيار، ولمنبع الجهد مقاومة داخلية صغيرة أيضًا، فهو يستطيع تأمين تيار أعظمي وفق حد معين، ويعود سبب وجود تلك المقاومة إلى الطبيعة الكيميائية المكونة لمنبع الجهد وطريقته في تخزين الطاقة الكهربائية.

وعلى الرغم من هذا فإن التيار المار في السلك في هذه التجربة تيار كبير يسمى تيار القِصَر، قد يؤدي إلى انصهار السلك، وإن كان السلك ثخينًا فقد يؤدي هذا الوصل إلى تلف المنبع الكهربائي.

تُعطى معادلة التيار مع فرق الجهد والمقاومة بالتالي:

V=IR

ووفقًا لتلك المعادلة فإن وجود فرق جهد قيمته 1 فولت بين طرفي سلك مقاومته 1 أمبير يسبب مرور تيار قيمته 1 أمبير.

وإذا ما عدنا بالتاريخ للوراء فقد كان تعريف الأمبير بأنه التيار الثابت الذي يُنتج قوة قدرها 2×10^-7 نيوتن بين سلكين (لا نهائيي الطول، مساحة مقطع كل منهما مهملة ويبعدان عن بعضهما مسافة 1 متر في الفراغ) لكل متر منهما. إلا أن المؤتمر العام للقياسات والأوزان (CGPM) أقر في 10 أيار 2019 أن تعريف الأمبير من الآن فصاعدًا هو الشحنة البدائية التي تساوي 1.602176634 × 10^−19 كولون.

أنا بالنسبة للواط، فالتعريف العام له هو أنه وحدة قياس القوة، ويرمز له بالرمز W، وقد سمي بهذا الاسم نسبة لمخترع المحرك البخاري العالم الاسكتلندي جيمس واط (James Watt).

أما التعريف الكهربائي له فهو مقدار العمل المنجز عندما يمر تيار كهربائي قيمته 1 أمبير بين فرق جهد كهربائي قيمته 1 فولت. وغالبًا ما لا يفرق البعض بين القوة Power (المقاسة بالواط) والطاقة energy (المقاسة بالواط الساعي) حيث أن القوة هي معدل توليد الطاقة أو استهلاكها.

فإذا كان أحد المصابيح يعمل باستطاعة 100W فهذا يعني أن الطاقة المقدمة للمصباح هي 100 واط ساعي وهي نفس الطاقة الكافية لتشغيل مصباحين استطاعتهما 50W لمدة ساعتين.

أما الواط في الساعة W/h فهو يعبر مقدار تغير القوة في الساعة.