İş, Güç ve Enerji-3: Enerji Korunumu ve Dönüşümleri
Enerjinin Korunumu
Enerjinin bir formdan başka bir forma dönüşümü sırasında sistemin toplan enerjisi daima korunur. Buna Enerjinin Korunumu Yasası denir.
Mekanik Enerjinin Korunumu
Sürtünmelerin önemsenmediği ve dışarıdan bir kuvvetin uygulanmayıp, iş yapılmadığı bir sistemde mekanik enerji korunur. (Toplam enerji kinetik ve potansiyel enerji arasında from değiştirir.)
Enerji, mekanik enerjiyi oluşturan türler arasında birbirine dönüştürülürse toplamda ilk enerji son enerjiye eşit olur.
\(\sum{E_{ilk}}=\sum{E_{son}}=\text{Sabit}\)
Eğer sürtünme varsa mekanik enerji sadece kinetik ve potansiyel enerji arasında dönüşmez, ısı enerjisine de dönüşür. Böylece mekanik enerji korunmamış olur.
Isıya Dönüşen Enerji
Sürtünmenin olmadığı (ideal) bir sistem yoktur. Sistemlerde sürtünmelerden dolayı enerjinin bir kısmı ya da tamamı ısıya dönüşür.
- Genel manada enerji korunsa da ısıya dönüşen enerjiden dolayı mekanik enerji korunmaz.
- Isıya dönüşen enerji, sürtünme kuvvetlerinin yaptığı işe eşittir. (Sürtünme kuvvetinin sistemden emdiği enerji)
- Sürtünme kuvvetinin yaptığı iş enejrinin korunumundan;
\(E_{ilk}=E_{son}+E_{isi}\) şeklinde bulunur.
- Sürtünme kuvveti ve bu kuvvet neticesindeki yer değiştirme bilindiğinde:
\(W_{\text{surtunme}}=F_{\text{surtunme}}.\Delta x\) şeklinde bulunabilir.
Enerji Dönüşümleri
Enerji kaybolmaz, ancak bir formdan başka bir forma dönüşebilir.
- Bir hidroelektrik santralinde, suyun yer çekimi potansiyel enerjisi, santral türbinlerinde kinetik enerjiye dönüşür. Kinetik enerji ise mıknatıs ve iletken bakır teller yardımıyla elektrik enerjisine dönüşür.
- Kimyasal enerji ile çalışan iş makinelerinde kimyasal enerji, elektrik enerjisi ile çalışan makinelerinde de elektrik enerjisi; makinelerin amacına uygun iş yapabilmesi için farklı enerji türlerine dönüştürülür. Enerjinin bu dönüşümünde ısı ve ses gibi farklı türde enerjiler açığa çıkar.
- Pillerdeki kimyasal enerjiyle ve elektrikle çalışan birçok alette, aletin özelliğine göre enerji farklı formlara dönüştürülerek yararlı hale getirilir.
Canlılar Ve Enerji
Güneşten gelen fotonlar, fotosentez yolu ile glikoza ve değişik vitaminlere dönüşür. Gıdalar kimyasal enerjiye sahiptir.
- Canlılar yaşam faaliyetlerini sürdürebilmeleri için bu kimyasal enerjiye ihtiyaç duyar.
- Canlılar yiyeceklerdeki kimyasal enerjiyi yakarak kinetik ve ısı enerjisine dönüştürür.
- Canlıların kütleleri ve aldıkları enerji arasında bir denge olması gerekir. Az enerji halsizliğe ve çeşitli hastalıklara, fazla enerji ise kilo alımı ve obeziteye sebep olur.
Verim
Sistemlerin enerjisinin bir bölümü sürtünme ve hava direnci gibi sebeplerle tamamen kullanılamazlar ve amaç dışı enerjilere dönüşmeleri sebebiyle bir kayıp oluşur.
Verim: Bir sistemde yapılan işin o sistemde harcanan enerjiye oranına denir.
\[\text{Verim}=\frac{\text{Yapilan Iş}}{\text{Harcanan Enerji}} \]
- Bağlantıdaki "yapılan iş" ifadesi hedeflenen iş ile ilgilidir. Amaca uygun (yararlı) kullanılan enerjidir.
- Verim, yüzde (%) kullanılarak ifade edilir ve bir birimi yoktur.
- Gerçekte hiçbir makinenin verimi 100% olamaz. Ancak ideal olarak kabul edilen makinelerden 100% verim alınabilir.
Enerji Tasarrufu
Enerji Tasarrufu: Sınırlı enerji kaynaklarının en verimli biçimde kullanılması, gereksiz enerji tüketiminin ve kayıplarının azaltılmasına denir.
Üretim miktarını ve kaliteyi düşürmeden harcanan enerji miktarının azaltılması, atık maddelerin geri dönüşümünün sağlanması, daha verimli enerji kaynaklarının kullanılması enerji verimliliği olarak tanımlanır.
Enerji Kaynakları
Yenilenemez Enerji Kaynakları
Yenilenmesi çok uzun zaman alan ya da hiç yenilenemeyen kaynaklardır.
- Kömür Enerjisi
- Petrol, Doğalgaz gibi fosil yakıtları
- Nükleer Enerji
- ...
Avantajları
- Yüksek enerji yoğunluğu
- Kolay taşınabilirlik
- Kolay kullanım
Dezavantajları
- Yenilenemezlik
- Çevre kirliliği
- İklim değişikliği
Yenilenebilir Enerji Kaynakları
Kullanıldıkça tükenmeyen ya da tükenmesi pratik olarak imkansız olan enerji kaynaklarına denir.
- Güneş enerjisi
- Hidroelektrik santralleri
- Rüzgar enerjisi
- Hidrojen enerjisi
- Jeotermal enerji
- Biyo yakıt
- Dalga enerjisi
- ...
Avantajları
- Enerji üretimi ucuz
- Yenilenebilir
- Güvenilir
- Temiz
Dezavantajları
- Teknoloji pahalı
- Az iş gerektirmesi
- Yeterli enerji üretmemeleri
- Her zaman stabil enerji üretememeleri
Nükleer enerji sera gazı salınımında en temiz seçenek olsa da radyoaktif atıkları canlılara zarar verir.
Enerjinin Günlük Hayat ve Teknolojideki Yeri
- Otomobillerin içindeki motor kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürür ve bu enerji otomobilin hareket etmesini sağlar.
- Rüzgar değirmenleri buğdayı öğütmek için kullanılırdı.
- Yüksek hızlı trenler elektrik enerjisini kinetiğe dönüştürürler.
- Bataryalar şarj olurken elektrik enerjisini kimyasal enerjiye dönüştürür. Batarya kullanılırken de bu kimyasal enerji tekrar elektrik enerjisine dönüştürülür.