İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Enerji

Enerji, İş ve Kuvvet

Enerji, iş yapabilme kapasitesidir. Bütün fizik kitaplarında görülebilen bu basit tanıma ek olarak enerji, nesnelerin nasıl değiştiği ve hareket ettiğidir. Tamamen etrafımızı çevreleyen enerjinin birçok türü vardır. Potansiyel, kinetik, termal, elektrik, kimyasal veya nükleer enerji olarak gözlemlenebilir. Ayrıca bir nesneden diğerine aktarılan enerji olarak ısı ve de vardır.

İş, bir kuvvete karşı bir şeyi hareket ettirme eylemidir. Örneğin, bilgisayarınızdaki tuşlara basarak onlara bir kuvvet uygularsınız ve hareket ettirirsiniz; bu, fizikte iş olarak tanımlanır. İşe giderken araba sürmek ise bir iş değildir. Çünkü sadece oturursunuz. Ancak araba motorunun hareketi sağlamak için kullandığı enerji, iş yapar. Yaptığınız şeyin iş olarak tanımlanabilmesi için hem bir kuvvet uyguluyor olmanız, hem de kuvvet uyguladığınız şeyi hareket ettiriyor olmanız gerekiyor.

İş, nesnenin hareket miktarı ve uygulanan kuvvetin çarpımıyla bulunur. 10 newton kuvvetiyle bir cisim 3 metre hareket ettirilirse, iş 30 n-m’dir. Bu hesaplamayı yaparken kullanılan formül şudur:

W (work/iş) = F (force/kuvvet) * d (distance/mesafe)

İşin ölçümünün birimi olan newton-metre ile enerjinin ölçümünün birimi olan jul aynıdır. Yani 1 jul = 1 N⋅m‘dir.

Kuvvet de nesnenin hareketini sürdüren, değiştiren veya bozan eylemdir. Kuvvet kavramı genellikle Newton’ın hareket yasalarıyla açıklanır. Bu üç yasa şöyledir:

  1. Eylemsizlik Kanunu: Hareketsiz bir nesne, dengelenmemiş bir güç tarafından harekete geçirilmedikçe hareketsiz kalır.
  2. Bir kuvvet, kütleyi etkilediğinde hızlanma oluşur. Hızlanan nesnenin kütlesi ne kadar büyükse, onu hızlandırmak için gereken kuvvet de o kadar büyük olmalıdır.
  3. Var olan her etkinin, karşı yönde ve eşit bir tepkisi de vardır.

Yasaların detaylarını burada okuyabilirsiniz. Yönü ve büyüklüğü olduğundan kuvvet, bir vektör büyüklüktür. Fizikte, kuvveti ölçmek için newton birimi kullanılır. Newton, bir saniyede bir kilogramlık bir nesneyi bir metre hareket ettirebilmek için gereken kuvvettir. Nesnenin hızının arttırılması veya düşürülmesi için gereken newtonların miktarını hesaplamak için F (force/kuvvet) = m(mass/kütle)⋅a(acceleration/ivme) formülü kullanılır. Yani kuvvet kütle ve ivme ile doğru orantılıdır.

TanımFormül
EnerjiEnerji iş yapabilme kapasitesi, nesnelerin nasıl değiştiği ve hareket ettiğidir.KE (Kinetik Enerji) = .5 × m (mass/kütle) × v(velocity/hız)

PE (Potansiyel Enerji) = m (mass/kütle) x g (gravitational acceleration/kütleçekim ivmesi) x h (height/yükseklik)

İşİş bir kuvvete karşı bir şeyi hareket ettirme eylemidir.W (work/iş) = F (force/kuvvet) * d (distance/mesafe)
KuvvetKuvvet nesnenin hareketini sürdüren, değiştiren veya bozan eylemdir.F (force/kuvvet) = m(mass/kütle)⋅a(acceleration/ivme)

Enerjinin Aktarımı

İş enerjiyi bir nesneden diğerine aktarır. İş ayrıca gazların sıkışması ve genişlemesinden de sorumludur. Bir gaz genişlemeye başladığında, içinde bulunduğu şeyin yüzeyine kuvvet uygular ve yüzeyin hareket etmesine neden olur. Yani gaz işi yapandır ve enerjiyi içinde bulunduğu nesneye aktarır. Eğer bir balonu ısıtırsanız, balonun içindeki havanın molekülleri enerji kazanır ve balonun iç yüzeyine artan bir kuvvetle çarpar. Balon esnek olduğundan dışarı doğru genişlemeye başlar. Hava işi yapar ve enerjiyi balona aktarır. Balonu sıkıştırırsanız, işi yapan siz olursunuz ve enerjiyi balonun içindeki havaya aktarırsınız.

Başka bir örnekte ise duran golf topuna sopayla vurduğunuzu düşünün. Sopa, topa çarptığında işi yapmış olur ve enerji sopadan ayrılıp topa geçer. Bu da enerjinin aktarımıdır. Hatta golf oyuncusunun duran sopayı harekete geçirmesi de enerjinin aktarımıdır.

Enerji Türleri

  • Isı: Isı veya termal enerji farklı ısılardaki atomların veya moleküllerin etkileşiminden kaynaklanan enerjidir. Isıyla ilgili enerji olarak düşünülebilir.
  • Kinetik Enerji: Kinetik enerji hareket enerjisidir. Sallanan bir sarkacın kinetik enerjisi vardır.
  • Potansiyel Enerji: Nesnenin durumundan kaynaklanan saklanan enerjisidir. Örneğin masanın üzerindeki kitabın potansiyel enerjisi vardır.
  • Mekanik Enerji: Nesnenin kinetik ve potansiyel enerjisinin toplamıdır.
  • Işık: Işık ışıyan bir enerjidir veya fotonlar da bir enerji türüdür.
  • Elektrik Enerjisi: Elektron gibi parçacıkların hareketinden kaynaklanan enerjidir.
  • Manyetik Enerji: Manyetik alandan kaynaklanan enerjidir.
  • Kimyasal Enerji: Kimyasal tepkimeler sonucu ortaya çıkan enerjidir.
  • Nükleer Enerji: Bir atomun nötron ve protonlarının etkileşiminden kaynaklanan enerjidir. Bu genellikle fizikte dört temel kuvvetten biri olarak kabul edilen güçlü nükleer kuvvetle ilişkilidir.
  • Kütleçekimsel Enerji: Dünya ve Güneş gibi büyük gökcisimleri kütleçekimi ve dolayısıyla kütleçekimsel enerji oluştururlar.

Diğer enerji türleri arasında jeotermal enerji ve enerjinin yenilenebilir veya yenilenemeyen olarak sınıflandırılması da yer alabilir. Bazı enerji türleri birbirleriyle kesişebilirler ve bir nesne birden fazla enerji türüne sahip olabilir. Örneğin sallanan bir sarkacın kinetik enerjisi, potansiyel enerjisi, termal enerjisi ve bileşimine bağlı olarak elektrik veya manyetik enerjisi olabilir.

Enerjinin Korunumu

Enerjinin korunumu yasasına göre bir sistemdeki toplam enerji, başka bir türe dönüşse bile değişmez. yani enerji yoktan var edilemez veya var olan enerji yok edilemez. Hareket eden iki bilardo topu çarpıştığında ortaya çıkan enerji ses ve belki çarpışmanın etkisiyle biraz ısıdır. Toplar hareket halindeyken kinetik enerjileri vardı. Ayrıca toplar hareket etseler de dursalar da, masanın üzerinde durdukları için potansiyel enerjileri de vardır.

Kütle-enerji eşitliğine göre duran bir nesnenin potansiyel enerjisi vardır. E = mc² formülüne göre bir nesneye enerji sağlandığında bu, nesnenin kütlesini de arttırır. Örneğin, çelik rulmanlar ısıtıldığında az miktarda da olsa kütleleri de artar. Enerji ve kütle arasındaki ilişkiyi gösteren bir başka örnek de Dünya’nın dönüşüdür. Eğer Dünya dönmüyor olsaydı, şu anda olduğundan daha az bir kütleye sahip olurdu. Bu dönüş enerjisi Dünya’ya fazladan 2.38 milyar metrik tonluk kütle kazandırıyor.

Enerjinin Ölçümü

Enerji farklı şekillerde ve farklı amaçlarla ölçülebilir. Bir birimde gösterilen enerji miktarı başka bir enerji miktarına da dönüştürülebilir. Örneğin 1 gram kalori, 4.186 jul olur.

Birçok insan besinlerdeki enerjiyi ölçmekte kullanılan kilogram kaloriyi tanır. 1 kalori, 1 kilogram kütledeki suyu 1 Celsius derece ısıtmak için gerekli olan enerjidir.

Enerji Birimleri
1 gram kalori
(cal)
Bir gram kütledeki suyun ısısını 1 Celsius derece arttırmak için gereken enerji miktarı
1 besin kalori / kilokalori
(Cal)
Genellikle besinlerdeki enerjiyi göstermek için kullanılan birim. 1000 gram kaloriye eşittir.
1 İngiliz termal birimi
(Btu)
Tüketicilerin doğalgaz kullanımını ölçmek için kullanılır. 1 Btu, 0.252 kilokaloriye denktir.
1 kilowatt-saat
(kWh)
Tüketicilerin elektrik kullanımını ölçmek için kullanılır.
1 termi
(thm)
100.000 Btu’ya eşit ısı enerjisidir.
1 jul
(J)
Uluslararası Birimler Sistemi’nde kullanılan enerji birimidir. Her saniye, her insan etrafına 100 J’lik termal enerji aktarır.
1 elektron volt
(eV)
Parçacık hızlandırıcılarıyla çalışan fizikçilerin kullandığı bir birimdir. 1 J, 6.24150913 × 1018 eV’ye eşittir.

Kaynak 1
Kaynak 2
Kaynak 3
Kaynak 4
Kaynak 5
Kaynak 6
Kaynak 7
Kaynak 8
Kaynak 9
Kaynak 10
Kaynak 11