Güneş‘in parlamasına, bitkilerin büyümesine, ocaktaki yemeğin pişmesine ve basketbol topunun sekmesine neden olan şeyin enerji olduğunu biliyoruz. Her şey ısınmak, soğumak, hareket etmek, büyümek, ses çıkarmak veya herhangi bir şekilde değişmek için enerjiyi kullanır. Enerjiyi manipüle etme yeteneğimiz sayesinde ateşi kontrol edebiliyor, akıllı telefonlarımızı şarj edebiliyoruz. Ama tam olarak “hangi” enerjiyi kullandığımızı tespit etmek zor olabilir.
Ders kitaplarında enerji, “iş yapabilme yeteneği” şeklinde tanımlanır. Bu tanımdaki “iş” ise bir nesneye belirli bir mesafeden kuvvet uygulamak demektir. Bir koliyi yerden kaldırmak iştir ama onu elinizde tutmaya devam etmek (sizin açınızdan çaba gerektirse de) iş sayılmaz.
Bir nesne üzerinde iş yapıldığında o nesne enerji kazanır. Bu enerji nesnenin hareketiyle ilişkiliyse (örn. vurulduktan sonra havada hızla ilerleyen bir futbol topu) buna “kinetik enerji” denir. Koliyi elinize aldığınızda koli, yerden yükselmesi nedeniyle depolanan “potansiyel enerji” kazanmış olur. Bırakırsanız koli düşmeye başlar: Yükseklik kaybederken potansiyel enerjisini de kaybeder ve hız kazandıkça kinetik enerji kazanır.
Enerjinin temel özelliklerinden biri, yoktan var edilememesi ve yok edilememesidir. Enerji sadece bir biçimden başka bir biçime dönüştürülebilir. Potansiyel enerji sonsuz kere kinetik enerjiye dönüşebilir. Bunun tersi de geçerlidir. Ayrıca mekanik, ses, ısı, elektromanyetik, ışık, kimyasal ve nükleer enerji biçimleri de birbirine dönüştürülebilir.
Enerjiyi yok edemezsiniz ama “verimsizlik” yoluyla onu boşa harcayabilirsiniz. Örneğin otomobil kullanırken yakıtta depolanmış kimyasal enerji önce ısı enerjisine, ardından da otomobilin tekerleklerini döndüren kinetik enerjiye dönüştürülür. Ancak yakıttan elde edilen kimyasal enerjinin tamamı aracı hareket ettirmeye gitmez. Bir kısmı ısıya ve sese dönüşür, bir kısmı da otomobilin etrafındaki havanın yerini değiştirmek (hava direnci) için kullanılır. Enerji bir kez boşa harcandıktan onu tekrar yararlı bir biçime dönüştürmek çok zordur.
Kullanılabilir enerji elde etmek için tarih boyunca ilk yel değirmenlerinden kömür yakan buhar makinelerine kadar birçok farklı yönteme başvurduk. Günümüzde enerjiyi ağırlıklı olarak petrol, doğalgaz ve elektrikten elde ediyoruz. Benzin ve doğalgaz gibi yakıtları motor ve kazan gibi yerlerde yakarak bu yakıtların kimyasal bağlarında depolanan enerjiyi açığa çıkarıyoruz.
Öte yandan elektrik, daha hantal kaynaklardan dönüştürülen enerjiyi evlerimize veya işyerlerimize taşımanın çok kullanışlı bir yolu. Örneğin, rüzgâr türbinleri kinetik enerjiyi dönüştürürken, nükleer reaktörler atom çekirdeklerinde depolanmış olan enerjiyi kullanarak önce ısı ve ardından elektrik enerjisi üretiyor. Elektrik evimize girdikten sonra ısıtma, pişirme, aydınlatma ve tüm ev aletlerimizi çalıştırmak için kullanılabiliyor.
Enerji jul (joule, simgesi “J”) birimiyle ölçülür. Bir jul, bir metre üzerinde bir newton (N) kuvvet uygulamak için gereken enerjidir. Enerjiyi farklı biçimlerde ölçmek için yaygın olarak kullanılan başka ölçü birimleri de var. Gıdalardaki kimyasal enerji kalori ile ölçülüyor. Bir kalori, bir gram suyun sıcaklığını bir derece Celsius artırmak için gereken enerji miktarı. Elektrik faturanızda ise kullandığınız elektrik enerjisi kilowatt saat (kWh) cinsinden ölçülüyor. Bir kilowatt saat yaklaşık olarak çamaşır makinesini bir kere çalıştırmaya veya yedi saat televizyon izlemeye yetiyor.
Einstein’ın Büyük Fikri
1905 yılında Einstein şu önermeyle fizikte devrim yarattı: Madde ve enerji aynı şeydir. Bu gerçeği dünyanın en ünlü denklemiyle gösteriyoruz: E=mc2 .Doğru koşullar sağlanırsa enerji maddeye, madde de enerjiye dönüştürebilir. Bu enerji, atom çekirdeğindeki proton ve nötronları bir arada tutan son derece güçlü bağlardan geliyor.
Denklemdeki “c” ışık hızını (saatte yaklaşık 1,08 milyar kilometre) temsil ediyor. Yani küçük kütleli bir nesne bile çok büyük miktarda enerji içeriyor. Bir ataşın her atomunu enerjiye çevirebilseydik 1945’te Hiroşima’yı yok eden atom bombası kadar enerji açığa çıkarabilirdik. Ancak bunun için gereken aşırı sıcaklık ve basınç koşullarını Dünya‘da elde etmek olanaksız.
Enerji Nasıl Aktarılır?
Sıcak bir duş alırken, arabayla işe giderken veya dizüstü bilgisayarınızı prize takarken tüm bu enerjinin size nasıl ulaştığını bir düşünün. Enerjini biçim değiştirmesi çevremizde sürekli olan bir şey ama enerjiyi bilinçli olarak kullanışlı biçimlere dönüştürmek modern yaşamın vazgeçilmez bir parçası. Farklı kullanım alanları için farklı enerji biçimleri gerekiyor. Örneğin, vantilatör için hareket enerjisi gerekirken yumurta pişirmek için ısı enerjisi gerekli.
Tost kızartmak gibi basit bir eylem için bile çok sayıda enerji dönüşümü gerekiyor. Ekmek kızartma makinenizi çalıştıran enerji, büyük ihtimalle yolculuğuna kömür veya doğalgaz olarak başlıyor. Önce bu yakıtlar yakılıyor ve kimyasal bağlarında depolanan enerji ısı enerjisi olarak açığa çıkıyor. Bu enerji suyu kaynatmak için kullanılıyor. Ortaya çıkan yüksek basınçlı buhar, hareket enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren bir jeneratöre bağlı türbini döndürüyor. Ekmek kızartma makinesini çalıştırınca makinenin tellerinden elektrik akımı geçiyor ve elektrik enerjisi bir kez daha ısı enerjisine dönüştürülüyor. Enerji aktarımları ayrıca enerjiyi ileride kullanmak üzere depolamamıza (örn. dizüstü bilgisayar pilinde veya kurmalı saatte) imkân veriyor.
Enerji Nasıl Dönüşür?
1.Fotosentez: Işık enerjisi bitkiler için vazgeçilmezdir. Karbondioksit ve suyu glikoza dönüştürerek ışımayı kimyasal enerjiye dönüştürmelerini sağlar. Bitkiler daha sonra glikozun kimyasal enerjisini çıkarmak için solunum yapar.
2.Filamanlı Ampul: Elektrik akımı ampulün filamanından geçerken elektrik enerjisi ışık enerjisine dönüşür. Ancak bu ampuller enerjinin yalnızca %10’ununu görünür ışığa dönüştürür, geri kalanı ısıya dönüşerek boşa gider.
3.Sindirim: Mideniz şeker, yağ ve karbonhidratların içinde depolanan kimyasal enerjiye erişmek için gıdaları parçalar. Kaslarınız bu enerjiyi harekete dönüştürür ve bu sırada ısı enerjisi üretir.
4.Tenis: Tenis topuna vurduğunuz zaman top, rakibinizin son vuruşuyla topa verdiği enerjiye sizin kolunuzdan gelen enerjiyi de ekleyerek raket yönünde ilerler.
5.Hoparlör: Hoparlörün içindeki elektromiknatıstan geçen elektrik enerjisi darbeleri mıknatısın manyetik alanını değiştirir. Bu da bir sabit mıknatısın ileri geri titreşerek ses enerjisi yaymasına neden olur.
Kaynak: How It Works