ENERJİ

Günlük konuşma dilinde, çok iş yapan ve her an iş yapmaya hazır olan kişilere “ enerjik” deriz. Fizik ve mühendislik bilim lerinde de “ enerji” ile “ iş” arasında benzer bir ilişki vardır. Çünkü bir işin yapılabilmesi için mutlaka enerji gereklidir. Enerji, bir yakıtın kimyasal enerjisinden bir pilin ya da başka bir elektrik kaynağının sağladığı elektrik enerjisine kadar çok değişik biçimlerde bulunabilir ve hangi biçimde bulunursa bulunsun belirli bir işin yapılmasını sağlayabilir. Örneğin bir lokom otif bir treni çekerek yaptığı işi motorunda yanan dizel yakıtının kimyasal enerjisine, ağır yükleri kaldıran bir vinç ise motorunu çalıştıran elektrik enerjisine borçludur. B ir cismi iten ya da çeken bir kuvvet de o cismi hareket ettirebiliyorsa mekanik bir iş yapıyor demektir (bak. Kuvvet ve Hareket). Am a uygulanan kuvvet cismi yerinden oyna- tamadığı sürece iş yapmış sayılmaz. Sözgelimi ağır bir cismi kaldırıp rafa koyması istenen kişi bunu başarırsa bir iş yapmıştır. Ama yük kaldıramayacağı kadar ağırsa, ne kadar çaba harcamış olursa olsun, yararlı bir iş yaptığı söylenemez. Cismin kaldırılıp rafa konulması örneğinde, bu işin yapılmasını sağlayan enerji, o kişinin kaslarını çalıştıran kimyasal enerjidir. Üstelik rafa kaldınlmjş olan cismin de artık bir potansiyel enerji1 si vardır. Çünkü o yükseklik- ten yere düşerek bir iş yapma “ gücüne” kavuşmuştur ve yere düştüğü zaman yaptığı iş rafa kaldırılması için yapılmış olan işe denk- tir. Kısacası, o cismi rafa koyan kişi bu işi yaparak kaslarındaki kimyasal enerjiyi cismin potansiyel enerjisine dönüştürmüştür. Cismin raftan aşağı düştüğünü varsayalım. Bu durumda, cismin kütlesi üzerine etki eden yerçekimi kuvveti cismin giderek daha hızlı düşmesine ؛oyaçar (bak. YERÇEKİMİ). Böylece raftaki cismin potansiyel enerjisi, yerçekimi kuvvetinin etkisiyle harekete geçen kütlenin kinetik enerjisine dönüşmüş olur. (Kinetik sözcüğü hareketle ilgili anlamındaki Yunanca kinesis sözcüğünden türemiştir.) Görüldüğü gibi enerji bir biçimden başka bir biçime dönüşebilir; bu dönüşümü gerçek- leştiren de yapılan iştir. Enerjinin bir biçim- den başka bir biçime dönüşmesinde, dönüşü- mün sonundaki toplam enerji, dönüşüm ön- cesindeki toplam enerjiye eşittir. Bu, enerji- nin korunumu diye bilinen önemli bir ilkedir. Enerji dönüşümünü gerçekleştirmek için yapılan işin miktarı, yeni bir biçime dönüş- türülen enerjinin miktarına eşittir, iş biri- mi joule’diİT (jul); enerji yapılan işle ölçüldü- eü için enerii de ioule’le ¿lçülür (bak. Me- KANİ¿). Potansiyel enerji ile kinetik enerji mekanik enerjinin değişik biçimleridir. B ir cismin yük- selmesinden kaynaklanan potansiyel enerji, cismin kütlesine ve çıkarıldığı yüksekliğe bağ- İldir. Gerilen bir yayın da potansiyel enerjisi vardır: Eğer gergin bir yaya ağırlık bağlar ve sonra serbest bırakırsanız, yay bu ağırlığı kaldırarak iş yapmış olur. Hareket eden bir cismin kinetik enerjisi ise kütlesine ve hızına bağlıdır. Cismin kütlesi iki katına çıkarsa kinetik enerjisi de iki katına çıkar; bu nedenle bir beyzbol topunu durdur- mak, bir tenis topunu durdurmak için gerekli olandan daha çok güç harcamayı gerektirir. Ama, hareket eden cismin hızı iki katına çıkarsa kinetik enerjisi dört katına çıkar. Bunu bilimsel bir anlatımla söylersek, kinetik enerji hızın karesiyle doğru orantılıdır. Saatte 100 km hızla yol alan bir otomobilin fren yapınca durma uzaklığı, saatte 50 km hızla giden otomobilin fren yapınca durabileceği uzaklığın dört katıdır. B ir ırmağın suyu yüksek bir barajın ardında toplanırsa potansiyel enerji kazanır; önündeki set yıkılırsa büyük bir hızla vadiye akar ve önüne çıkan her şeyi sürükleyip götürür. Baraj gölünde toplanan su borularla aşağıya akıtılırsa, potansiyel enerji bu hareketle kinetik enerjiye dönüşür. B ir türbini döndürerek mekanik bir iş yapan bu suyun kinetik enerjisi, türbine bağlı bir dinamo yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Böylece mekanik iş, barajdaki suyun potansiyel enerjisini önce kinetik enerjiye dönüştürmüş, sonra bu kinetik enerji gene mekanik iş yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülmüş olur.Yakın zamanlara kadar ısı da bir enerji biçimi sayılıyordu. Ama bugün bilim adamları bu konuda farklı düşünüyorlar ve ısıyı mole- küler enerjinin bir cisimden başka bir cisme aktarıldığı bir süreç olarak kabul ediyorlar (bak. Isı). B ir gazocağının üstündeki tencere, moleküllerinin mekanik enerjisi arttığı için ısınır. Yanan gazın kimyasal enerjisi açığa çıkar ve bu enerji gaz moleküllerinin daha yüksek hızla hareket etmesine, böylece daha çok mekanik enerji kazanmasına yol açar. Bu mekanik enerji ısı yoluyla tencerenin ve içindeki suyun moleküllerine aktarılır. Hem iş, hem ısı enerjiyi aktardığı ya da başka bir enerji biçimine dönüştürdüğü için iş ve ısı eşdeğer süreçler olarak kabul edilebilir.Suyu yüksek bir depoya çıkarmak için, elektrik motoruyla çalışan bir pompa kullandığımızı ve böylece elektrik enerjisini potansiyel enerjiye dönüştürdüğümüzü varsayalım. Kullanılan elektrik enerjisinin tümü suyun potansiyel enerjisine dönüşmez. B ir bölümü sese dönüşür; oldukça büyük bir bölümü de ısı yoluyla motorun tellerindeki, makine parçalarındaki ve sudaki moleküler enerji kaza- nımına dönüşerek onları ısıtır. Bu olayda kullanılmış olan enerjide hiçbir kayıp olmamış, yalnızca enerjinin bir bölümü “ istenmeyen” biçimlere dönüşmüştür. Buna “ enerji kaybı” denebilir. Enerji kaybının en önemli nedeni ısıdır. B ir elektrik ampulü kullanılan elektrik enerjisinin ancak beşte birini ışığa dönüştürür; geri kalanı ısı yoluyla yok olur. En verimli içten yanmalı motorlarda bile kullanılan yakıtın enerjisinin beşte üçü boşa gider. M otorların çoğunda görülen bu enerji savurganlığı çevre kirliliğine ve zaten kısıtlı olan doğal enerji kaynaklarının hızla tükenmesine yol açtığı için kaygı vericidir (bak. ÇEVRE KİRLİLİĞİ). Su, rüzgâr ve güneş enerjisi her zaman boldur; ama kömür, ham petrol ve doğal gaz gibi enerji kaynakları kısıtlıdır. Bilim adamları dünyadaki enerjiden yararlanabilmenin yeni yollarını arıyorlar. Maddeyi oluşturan atomların içindeki çok büyük enerjiy i açığa çıkarmak bu konuda atılmış önemli bir adımdır (bak. NÜKLEER Enerji). Ama günümüzde nükleer enerji üretiminde kullanılan uranyum kaynakları da bir gün tükenecektir. insan vücudu da sindirdiği besinlerdeki kimyasal enerjiyi yanmaya benzer bir süreçle kullanır (bak. SİNDİRİM).