كتب: شهاب أبو الحسن
هل تعلم أن حصانًا واحدًا هو مقدار الطاقة اللازمة لرفع 550 رطلاً إلى ارتفاع قدم واحدة في ثانية واحدة؟ أو هل تعلم أن رطل القدم من عزم الدوران يساوي حرفيًا رطلًا واحدًا من القوة المطبقة على نهاية الرافعة التي يبلغ طولها قدمًا واحدة؟.
يتم قياس هذه المفاهيم، في الولايات المتحدة باستخدام وحدات غريبة، على مر السنين، أصبحنا نفهمها بشكل عام، بعد كل شيء، لقد كانوا في لغة السيارات المشتركة لمدة قرن تقريبا الآن، وفقا لما ذكره موقع “motor trend”.
المفاهيم الأساسية
عند التفكير في مفهوم الكهرباء، غالبًا ما يكون من الأسهل التفكير في المياه المتدفقة، إذا تعمقت كثيرًا في فيزياء الأشياء، فسوف ينهار هذا التشبيه تمامًا، وغني عن القول أن الماء والكهرباء عادة ما يكونان مزيجًا سيئًا، ولكن على مستوى عال، يعتبر الماء تصورا مفيدا.
تتدفق الكهرباء عبر الأسطح الموصلة مثل الأسلاك، إذا كان هذا السطح الموصل يشكل حلقة مستمرة، وهي في الأساس مسار عودة من مصدر الطاقة للتيار الكهربائي، فإنها تسمى دائرة، ويجب أن يكون لديك دائرة كاملة حتى تتدفق الكهرباء، تمامًا مثلما لا يتدفق الماء من الأنبوب المغطى من أحد طرفيه.
الآن، بدلاً من الماء السائل، نحن نتحدث عن تدفق الإلكترونات عبر تلك الأسلاك. كل إلكترون هو جسيم صغير مشحون كهربائيًا، ونعم، إنه شيء فيزيائي، له كتلة قابلة للقياس.(9.11×10-28 جرام) على وجه الدقة.
وكل إلكترون لديه شحنة سالبة، ومثل المغناطيس، هذا يعني أنه ينجذب إلى الأشياء ذات الشحنة الموجبة.
في البطارية ذات الطرف الموجب والسالب، تتدفق الإلكترونات حرفيًا من الطرف السالب، عبر أي جهاز تقوم بتوصيل البطارية به، ثم تعود إلى الطرف الموجب.
كيف نقيس هذا التيار؟، وهنا يتعين علينا أن نبدأ في تعلم بعض المصطلحات المتخصصة.
كولومب
لذا، إذا كان التيار الكهربائي عبارة عن إلكترونات تتدفق حول دائرة كهربية، فما عدد الإلكترونات التي نتحدث عنها؟ يتم قياس ذلك بالكولوم، وهي وحدة شحن سميت باسم تشارلز أوغستين دي كولومب، عالم الفيزياء في القرن الثامن عشر الذي أسس عمله حول العلاقات بين الكهرباء والمغناطيسية أساسيات كيفية عمل المحركات الكهربائية.
كم عدد الإلكترونات الموجودة في كولوم؟
حوالي 6.241509 × 1018، هذا يساوي ستة كوينتيليون، مائتين وواحد وأربعين كوادريليون، خمسمائة وتسعة تريليون إلكترون. وهذا ليس رقما كبيرا للغاية فحسب، بل هو رقم محدد للغاية. لماذا محددة جدا؟
يمثل هذا الرقم تقريبًا الشحنة التي يتم توصيلها بواسطة تيار يتدفق عند 1 أمبير لمدة ثانية واحدة. ما هو الامبير؟ قبل أن نتمكن من تحديد أننا بحاجة إلى إضافة بعض المصطلحات الإضافية إلى حزام الأدوات لدينا.
جول – العمل
يتطلب نقل كل هذه الإلكترونات شغلًا، وهنا يأتي دور الجول. يشير الجول، الذي سمي على اسم عالم الفيزياء جيمس بريسكوت جول في القرن التاسع عشر، إلى مقدار الشغل المطلوب لتحريك 1 كولوم من الإلكترونات، 0.737562 قدم/ رطل على وجه الدقة.
إذن، 0.737562 قدم/ رطل هو مقدار العمل اللازم لتحريك ما يعادل 1 كولوم من الإلكترونات – وهي حقيقة يمكنك إبهار الأصدقاء والغرباء بها على حد سواء في محادثة مهذبة.
والان نشرح ما الفرق بين الواط والفولت والكيلوووات في سياق السيارات الكهربائية؟،وكيف يتم قياسهم؟
1- الفولت
الفولت هو ضغط الماء فعليًا، أو بعبارة أخرى، مدى سرعة تدفق الماء عبر خرطومنا المفاهيمي، تعد الفولت جزءًا من المعادلة لمعرفة مقدار الكهرباء الفعلي المستخدم داخل النظام.
يأتي اسم فولت من اسم الفيزيائي أليساندرو فولتا، الذي قام بأبحاث رائدة في مجال البطاريات في أوائل القرن التاسع عشر.
يتم تعريف فولت واحد على أنه 1 جول لكل كولوم من الشحنة،غالبًا ما يشار إليه بالجهد الكهربائي، لأنه يمكن تعريف الفولت أيضًا على أنه عدد الأمبيرات في الدائرة مضروبًا في عدد الأوم.
*الأمبير
إذا كان الجهد هو ضغط الماء، فإن التيار هو قطر الخرطوم الذي يحمل ذلك الماء، الأمبيرات، التي سميت على اسم عالم الفيزياء أندريه ماري أمبير في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر، تقيس كمية الكهرباء المتدفقة بينما يقيس الفولت معدل هذا التدفق. الأمبير الواحد هو حرفيًا 1 كولوم من الإلكترونات التي تتدفق في الثانية الواحدة.
عادةً ما يعني التيار الأكبر سلكًا أكثر سمكًا، مما يجعل تشبيه خرطوم المياه هذا أكثر ملاءمة.
*أوم – المقاومة
المقاومة الكهربائية ليست في الواقع موضوعًا يتم طرحه كثيرًا عندما يتعلق الأمر بالمركبات الكهربائية، ولكننا سندرجها هنا نظرًا لأنها تؤثر في حساب الجهد الكهربائي أعلاه. يتم قياس المقاومة بالأوم، والتي سميت على اسم الفيزيائي الألماني جورج أوم في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر.
المقاومة هي في الواقع مقدار فقدان الكهرباء أثناء انتقالها عبر دائرة معينة. بشكل عام، كلما زاد التيار في دائرة معينة، انخفضت المقاومة.
الآن، الكهرباء المفقودة بسبب المقاومة لا تختفي في الأثير فحسب. وتتحول عمومًا إلى حرارة، والتي يجب إدارتها في نظام كهربائي معقد مثل ذلك الذي يشغل السيارة الكهربائية.
2- الواط
إذا كان الجهد هو ضغط التدفق والتيار هو حجم التدفق، فإن القوة الكهربائية هي الكمية الإجمالية للطاقة، أو الطاقة. لحساب ذلك، ما عليك سوى ضرب جهد النظام في شدة النظام.
تم تسمية الواط على اسم جيمس وات، وهو عالم ومهندس من القرن الثامن عشر اشتهر بعمله في المحركات البخارية، في كل شيء.
هنا، نحن نتحدث في الواقع عن كمية ملموسة من الكهرباء، أو الطاقة المطلقة. في الواقع، 1000 واط، أو 1 كيلووات، يعادل 1.34 حصانًا. في معظم دول العالم، يتم قياس أداء المحرك أو المحرك بالكيلووات.
3- كيلووات ساعة – الطاقة
في حين أن الواط هو مقياس للطاقة، فمن السهل استخدام نفس الوحدة لقياس سعة جهاز تخزين الطاقة، مثل البطارية. وفي السيارة الكهربائية، يتم قياس هذه السعة بالكيلوواط/ساعة، أو كيلوواط/ساعة.
“إنها العلاقة بين القوة والطاقة، حيث يمثل الواط القوة، والكيلووات/ساعة هي الطاقة، وهي في هذه الحالة كمية الطاقة المستخدمة خلال فترة زمنية (ساعة)”.
ومع ذلك ، حتى في أسرع أجهزة الشحن ، لا يمكن لمعظم حزم البطارية قبول سرعة الشحن الكاملة لفترة طويلة جدًا.
سيشحن معظمهم بسرعة كبيرة عندما يكونون فارغين تقريبًا قبل التباطؤ في الزحف حيث تملأ تلك البطارية. يجد البنزين ويملأ مساحة فارغة بأكبر قدر من السهولة ، ولكن في حزمة البطارية ، يحتاج كل إلكترون إلى العثور على أيون ليثيوم إيجابي لربطه ، ويستغرق البحث عن هذه الوظائف الشاغرة وقتًا أطول مع ملء البطارية.
أضف إلى ذلك عدد كبير من العوامل الأخرى مثل الظروف الجوية ودرجة حرارة حزمة البطارية والمطالب من أجهزة الشحن القريبة، ويصبح تقدير وقت الشحن مهمة صعبة بشكل مستحيل.
