الوحدات الأساسية لقياس الكهرباء
تتعدّد الكميّات الكهربائية التي يُمكن قياسها، ومن أهمّها ما يأتي:
وحدة قياس الشحنة الكهربائية
تحتوي الذرّة على نوعين من الجسميات الأولية التي تحمل شحنات كهربائية (بالإنجليزية: Electric Charge)؛ الإلكترونات سالبة الشحنة والبروتونات موجبة الشحنة، وهما متساويتان في مقدار الشحنة، وتُقاس الشحنة الكهربائية حسب النظام العالمي للوحدات (SI) بوحدة الكولوم (بالإنجليزية: Coulomb)، ويُعتبر الكولوم الواحد شحنةً هائلةً جداً مقارنةً بشحنة الإلكترون والبروتون، فالإكترون الواحد يحمل شحنةً كهربائيةً مقدارها -1.6×10 كولوم وهي مساوية لشحنة البروتون غير أنّ البروتون شحنته موجبة، وهذا يعني أنّ 1 كولوم = 6.24×10 إلكترون.
وحدة قياس القدرة الكهربائية
تُقاس القدرة الكهربائية (بالإنجليزية: Electrical Power) بوحدة الواط (بالإنجليزية: Watt) حسب النظام المتري للوحدات نسبةً للمهندس السكوتلندي جيمس واط، وتُعبّر القدرة الكهربائية عن معدّل استهلاك أو انتقال كمية من الطاقة في وحدة الزمن، وهذا يعني أنّ 1 واط = 1 جول/ ثانية،، وعادةً ما يتمّ الإشارة إلى سعة توليد الكهرباء في محطات التوليد بمضاعفات قيمة الواط مثل الميجا واط (MW) والجيجا واط (GW).
وحدة قياس الطاقة الكهربائية
تُعبّر الطاقة بمفهومها العام عن القابلية لأداء شغل ما، أمّا الطاقة الكهربائية فهي الطاقة المخزّنة في جزئيات الذرة المشحونة داخل المجال الكهربائي ووحدة قياسها الجول (بالإنجليزية: Joul)، لكنّها ليست الوحدة المستخدمة في التطبيقات العملية، إذ تُستخدم وحدة كيلو واط ساعة ورمزها (KWh) في التطبيقات العملية والتي تُعبّر عن عدد الكيلوواط من القدرة الكهربائية التي تمّ استهلاكها في ساعة من الوقت، وتُمثّل وحدة كيلو واط ساعة استهلاك 3,600,000 جول.
وحدة قياس الجهد الكهربائي
يُمثّل الجهد الكهربائي قيمة فرق الجهد بين جسم موجب وآخر سالب مثل أقطاب البطارية، ووحدة قياسه الفولت (بالإنجليزية: Volt) ويرمز له بالرمز (V)، وتُمثّل وحدة الفولت قيمة الشغل المبذول لكلّ وحدة شحن من أجل تحريك الإلكترونات بين قطبين سالب وموجب، وهذا يعني أنّ 1 فولت = 1 جول/ كولوم.
وحدة قياس التيار الكهربائي
يُعبّر التيّار الكهربائيّ عن مقدار تدفّق الإلكترونات في نقطة ثابتة على الموصل خلال ثانية واحدة، ويُعدّ مرور التياّر الكهربائي دليلاً على وجود فرق جهد بين النقطتين، وتُقاس شدّة التيار الكهربائيّ بوحدة الأمبير (بالإنجليزية: Ampere)، وهذا يعني أنّ 1 أمبير يُمثّل مرور 6.25×10 إلكترون خلال ثانية واحدة من الزمن.
وحدة قياس المقاومة الكهربائية
تُمثّل المقاومة الكهربائية الصعوبة التي تواجهها الإلكترونات في السير في جسم الموصل الكهربائي كالأسلاك، أيّ أنّها العائق الذي يمنع الجهد الكهربائي باعتباره القوة الدافعة من دفع التيار الكهربائي، وتُقاس المقاومة بوحدة الأوم (بالإنجليزية: Ohm) ويرمز لها بالرمز (Ω)، وهذا يعني أنّ 1 أوم = 1 فولت/ أمبير، وتجدر الإشارة إلى أنّ المقاومة الكهربائية تتأثّر بنوع المادة المصنوع منها الموصل الكهربائي، كما تتأثّر بطول الموصل ومساحة مقطعه العرضيّ.
وحدات قياس كهربائية أخرى
يوجد العديد من الخصائص الفيزيائية التي يُمكن دراستها وقياسها في الكهرباء، ولا تنحصر فيما تمّ ذكره فقط، ومن الكميات الكهربائية الأخرى ما يأتي:
| الكمية الكهربائية | وحدة قياسها | رمزها |
|---|
| المواسعة الكهربائية (C) | فاراد | F |
| التردد (f) | هيرتز | Hz |
| المحاثّة الكهربائية (L) | هنري | H |
| التدفق المغناطيسي (Φm) | ويبر | Wb |
| المقاومة النوعية ρ | أوم.متر | Ω.m |
أنظمة القياس العالمية
النظام العالمي للوحدات
يُستخدم النظام العالمي للوحدات (بالإنجليزية: International System of Units) ورمزه (SI) في التطبيقات العلمية، وهو مشتق من نظام متريّ يعتمد على الوحدات الأساسية يُسمّى نظام متر، كيلوغرام، ثانية واختصاره (MKS)، وقد أصبح بديلاً للنظام البريطاني للوحدات ونظام السنتيمتر، غرام، ثانية القديم، ويحتوي هذا النظام على سبع وحدات أساسية ووحدتين إضافيتين، يُشتق منهم جميع الوحدات الأخرى في هذا النظام، والوحدات الأساسية السبعة هي كالآتي:
| الكمية الفزيائية | وحدتها الأساسية |
|---|
| الطول | متر |
| الكتلة | كيلوغرام |
| الزمن | ثانية |
| التيار الكهربائي | أمبير |
| درجة الحرارة الديناميكية | كلفن |
| شدة الإضاءة | شمعة |
| كمية المادة | مول |
النظام البريطاني للوحدات
يُطلق على النظام البريطاني للوحدات النظام البريطاني الإمبراطوري (بالإنجليزية: British Imperial System)، وهو النظام الذي كان متّبعاً في بريطانيا العظمى من عام 1824م حتّى اعتماد النظام المتري الحديث في عام 1965م، وهو نظام يعتمد على وحدات القدم والياردة كوحدات أساسية للقياس.
أدوات القياس الكهربائية
يستخدم الفنيّون والعاملون في مجال الكهرباء أدوات قياس خاصة تُسمّى بأدوات القياس الكهربائية تُمكّنهم من التحقق من التوصيلات الكهربائية وفعاليتها وقياس الخصائص الكهربائية المختلفة، ويتمثّل مبدأ عمل هذه الأدوات في استخدام الحركة الميكانيكية الناتجة عن الطاقة الكهرومغناطيسية لتحريك مؤشّر يُعطي دلالةً على كميّة كهربائية معيّنة يُراد قياسها. ومن أشهر أدوات القياس وأكثرها استخداماً ما يأتي:
الأميتر
الأميتر (بالإنجليزية: Ammeter) هو جهاز قياس شدّة التيار الكهربائيّ، حيث يُستخدم هذا الجهاز لقياس التيار الكهربائي المارّ في أجزاء من الدارة الكهربائية، ويلزم تدفّق التيار الكهربائي خلال جهاز الأميتر ليتمّ قياسه، كما يجب قياس التيّار على جميع فروع الدارة مختلفة التيار لمعرفة مجموعه النهائيّ، ومن المهم أن يكون جهاز الأميتر ذا مقاومة منخفضة جداً لتقليل تأثيره على التيّار الذي يتمّ قياسه، ويتمّ وصل الأميتر على التوالي حتّى لا تتغيّر قيمة التيار المراد قراءته، فقيمة التيّار تبقى ثابتةً على الأجهزة الموصولة على التوالي أيّ يصلها التيار نفسه.
الفولتميتر
الفولتميتر (بالإنجليزية: Voltmeter) هو جهاز قياس فرق الجهد الكهربائي بين نقطتين على الدارة الكهربائية، ويتمّ ربطه على التوازي مع أجزاء الدارة المراد قياس فرق الجهد عليها، حيث إنّ قيمة الجهد الكهربائي تبقى ثابتةً في توصيلات التوازي، ويتميّز الفولتميتر بمقاومة داخلية مرتفعة مقارنةً بالمقاومة المتصّل عليها في الدارة.
الأوميتر
الأوميتر (بالإنجليزية: Ohmmeter) هو جهاز قياس المقاومة الكهربائية في الدارة، ويُمكن وصل هذا الجهاز على التوالي وفي هذه الحالة فإنّ التيار الكهربائي سينخفض مع زيادة المقاومة، كما يُمكن وصله على التوازي وفي هذه الحالة فإنّ التيار سيزداد بازدياد المقاومة، حيث يقيس الجهاز النسبة ما بين الجهد الكهربائي والتيّار المار في هذه المقاومة.
فيديو اكتشاف الكهرباء
يُمكن مشاهدة الفيديو الآتي للتعرّف أكثر على كيفية اكتشاف الكهرباء:
للتعرف أكثر على الكهرباء بشكل عام يمكنك قراءة المقال بحث عن الكهرباء
