Fizikte teknik anlamda iş kısaca enerji değişimi demektir. Bunun için de kuvvet ve kuvvet doğrultusunda yer değiştirme gerekir. İşin simgesi “W”, birimi ise “joule”dür.
Günlük hayatta çok sık kullandığımız kavramlardan birisi de enerjidir. Enerji kavramı; yanan bir lamba için elektrik enerjisi, kaynamakta olan su için ısı enerjisi, hareket eden bir araç için kinetik enerji olarak karşımıza çıkar.
Yaşamsal faaliyetlerimizi sürdürmek için de enerji harcarız. Koşarken, düşünürken, çalışırken, vs. gerekli olan enerjiyi besinlerden sağlarız. Fizikte enerji, iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır.
Makineler aynı işi yaparken ne kadar sürede yaptığı önemlidir.
Yukarıda ŞekiI-I’de küçük su pompası l. havuzdaki suyu ll. havuza boşaltıyor. Şekil-II’de ise daha büyük bir su pompası I. havuzdaki suyu II. havuza boşaltıyor.
Sürtünmelerin ihmal edildiği ortamda pompaların harcadığı enerjiler (yapılan iş) aynıdır. Çünkü havuzdaki suyun potansiyel enerji değişimi aynıdır. Büyük su pompası daha kısa sürede daha hızlı havuzu doldurduğu için gücü daha fazladır.
Makineler aynı işi yaparken daha kısa sürede yapan daha hızlıdır diyebiliriz. Bir makine işi ne kadar hızlı yaparsa gücü de kadar fazladır. İşin yapılma hızı gücü belirler. Güç, birim zamanda yapılan iştir.
Cismin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı mekanik enerjidir.
Kinetlk Enerji:
Bir cismin hızından dolayı sahip olduğu enerji kinetik enerjidir. Hareket eden cisimlerin kinetik enerjileri vardır.
Potansiyel Enerji:
Cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji türüne potansiyel enerji denir. Duvardaki tablo, ağaçtaki elma, halter kaldıran sporcu, uçan helikopter yüksekliğinden dolayı potansiyel enerjiye sahiptir.
Yerçekimi Potansiyel Enerjisi:
Yerden belli bir yükseklikte cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji yerçekimi potansiyel enerjisidir.
Esneklik Potansiyel Enerji:
Kuvvet uygulandığında cismin şekli değişiyorsa ve kuvvet ortadan kaldırıldığında cisim tekrar eski haline dönüyorsa esnek cisimdir.
Yay Sabiti:
Yayın kuvvet sabiti, uzunluk başına kuvvettir. Yayın sertliğinin ölçüsüdür. Her yay için yay sabiti farklıdır. Yaya kuvvet uygulandığında denge durumundan uzaklaşır, normal uzunluğuna geri dönmek ister. Yayın geri dönmesini sağlayan kuvvet geri çağırıcı kuvvettir. Geri çağırıcı kuvvet uygulanan kuvvete zıt yönde ve yönü denge konumuna doğrudur.
Yatay Düzlemde İş – Kinetik Enerji İlişkisi
Doğrusal bir yolda önceki araç ile arkadaki araç halat ile birbirine bağlanmıştır. Öndeki araç hareket etmeye başladığında arkadaki araca kuvvet uygular ve kuvvet doğrultusunda hareket ederler. Böylece kuvvet araca hız kazandırmış olur. Araçların kinetik enerjisi artar.
Düşey Düzlemde Yapılan İş
Düşey düzlemde yapılan iş üç farklı şekilde bulunur.
Enerjinin bir türden başka bir türe dönüşmesine enerji dönüşümü denir.
Mekanik Enerjinin Korunumu
Mekanik enerji bir sistemin hareket enerjisi ile potansiyel enerjisinin toplamıdır. Kinetik enerjinin azaldığı oranda potansiyel enerji artar. Tam tersi durum da söz konusudur. Potansiyel enerjinin arttığı yerde kinetik enerji azalır. Yani toplam mekanik enerji sabittir ve korunur.
Sürtünmesiz Ortamda Enerji Korunumu:
Yerden belli yükseklikte bulunan cisim serbest bırakıldığında yere doğru hareket edecektir.
Sürtünmeli Ortamda Enerji Dönüşümü
Birbiri ile temas eden, sürtünen bütün cisimler enerji kaybeder. Sürtünmenin olduğu sistemlerde cismin mekanik enerjisi azalırken azalan enerji ısı enerjisine dönüşür.
Canlılar yaşamlarını devam ettirebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Enerji miktarı yaşa, cinse ve bulunduğu ortama göre değişiklik gösterir. Herkes ihtiyacı kadar enerji almalıdır.
Günlük işlerimizde bir çok makine kullanırız. Makineler işi ya- parken enerji harcarlar. Makinelerin kullandığı enerjiye karşılık ürettiği enerji fizikte verim kavramı ile açıklanır. Üretilen işin kullanılan enerjiye oranı verim olarak tanımlanır. Bu oran makinenin belli bir işi yapmak için ne kadar enerji kullanacağını ya da belli bir enerjiyle ne kadar iş yapacağını hesaplamaya yarar. Günümüzde enerjinin daha verimli kullanılması için çalışmalar yapılmaktadır.
Aydınlanmada kullanılan cihazlara baktığımızda led lambaların floresan lambalara göre %50 oranında, akkor lambalara göre ise %90 oranında tasarruflu olduğu bilinmektedir. 12 Wattlık floresan lamba ile aydınlatılan oda 5 wattlık led lamba ile aydınlatılabilir. Uzun ömürlü ve düşük enerji tüketimli led ampuller kullanılarak enerji harcamaları azaltılabilir. Günlük hayatta kullandığımız cihazlar iş yaparlarken enerji harcarlar. Harcanılan enerji ile iş yapılan cihazın enerjisinin farklı olması sürtünmeden kaynaklanmaktadır.
Verimin yüksek olması harcanılan enerjinin makine tarafından elverişli işe dönüştürülmesidir. Verimin düşük olması enerjinin bir bölümünün kaybolduğunu, tam anlamıyla işe dönüşmediğini gösterir. Enerjinin tamamının işe çevrilmesi ancak sürtünmenin ortadan kalkmasıyla mümkündür. Ancak bu imkansızdır. Bununla birlikte sürtünme makinenin çalışabilmesi için de gereklidir.
Enerji verimliliğinde amaç tüketilen enerji miktarının, üretimdeki miktar ve kaliteyi düşürmeden en aza indirilmesidir. Bunun için gaz, buhar, ısı, hava ve elektrikteki enerji kayıplarını önlemeli, çeşitli atıkların geri kazanımı ve değerlendirilmesi sağlanmalı, ileri teknoloji ile üretimi düşürmeden enerji talebini azaltmalı, daha verimli enerji kaynakları kullanarak enerji geri kazanımları gibi etkinliği artırıcı önlemler alınmalıdır.
Enerji verimliliğinde en önemli faktör enerji tasarrufudur. Enerji tasarrufunda akla ilk gelenin boşa yanan lambaların söndürülmesi, muslukların boşa akıtılmaması gibi basit yöntemler olsa da enerji tasarrufu aslında enerji atıklarının değerlendirilmesi ve mevcut enerji kayıplarının önlenmesi yoluyla tüketilen enerji miktarının, kalite ve performansı düşürmeden en aza indirilmesidir. Enerji tasarrufu için doğrudan enerji tasarrufu sağlayan otomobil, ev ve iş yerlerimizde enerjiyi daha az tüke- ten teknolojiler kullanmalıyız. Ayrıca dolaylı enerji tasarrufuna da dikkat etmeliyiz. Mevcut eşyalarımız daha uzun süre kullanarak yeni malların üretimini azaltmak; enerji tüketimini en aza indirecek biçimde yerleşim yerlerini düzenlemek de önemlidir.
Dünyada her tür enerjinin kaynağı güneştir. Dünyadaki enerji kaynakları yenilenemez ve yenilenebilir diye ikiye ayrılır.
Yenilenebilir Enerji Kaynakları:
Yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji üretimi için, doğal süreçlerden yararlanılır. Bu kaynaklar tükenme hızından çok daha hızlı sürede kendini yeniler.
Hızla kirlenen enerji sektörü ve çevre kirliliği ile ilgili yaşanan problemler arttıkça yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi artar. Gün geçtikçe yenilenebilir enerji kaynaklarını arttırmaya yönelik daha fazla çalışma yapılmaktadır.
1. Güneş Enerjisi
Bizden 150 milyon yıl uzakta olan ve dünyadaki yaşamın temel kaynağı güneş olup temiz, doğal ve yenilenebilir enerji kaynaklarındandır.
Fotovoltaik Güneş teknolojisi ile yarı iletken malzemeler güneş ışığını doğrudan elektriğe çevirirler.
2.Rüzgar Enerjisi
Rüzgar enerjisinin asıl kaynağı güneş olup, güneş enerjisinin dolaylı biçimde kullanılmasıdır. Güneş enerjisi, denizleri ve karaları eşit oranda ısıtmadığından basınç farkı ile rüzgarı oluşturur. Rüzgar türbinleri sayesinde, rüzgarın kinetik enerjisi mekanik enerjiye ve sonra da elektrik enerjisine dönüşür. Rüzgar türbinlerinden elektrik elde edilmesi için rüzgarın elverişli seviyede esmesi gerekir.
3. Hidroelektrik Enerjisi
Hidroelektrik enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en çok kullanılan enerji kaynağıdır. Barajlarda su toplama alanlarına yüksekten akan suyun potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve türbinlerin dönmesini sağlar. Türbinlere bağlı jeneratörlerde mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Hidroelektrik enerjiden yararlanılarak elektrik üretilen santraller hidroelektrik enerji santralleridir.
4. Jeotermal Enerji
5. Dalga Enerjisi
6. Biyokütle Enerjisi
Biyokütle; canlı organizmalar ve bitkilerin kökeni olup, güneş enerjisini fotosentezle depolayan bitkisel organizmalardır.
7. Hidrojen Enerjisi
Güneşin, evrenin temel enerji kaynağı hidrojen olup, enerji kaynakları içerisinde en yüksek verime sahiptir. Teknolojinin ilerlemesiyle temiz ve yenilenebilir enerji kaynağı olarak dünyanın enerji ihtiyacını karşılar. Hidrojen enerjisi, atmosferdeki saf hidrojenin oksijen ile birleşene sokulmasıyla oluşur.
YENİLENEMEZ ENERJİ KAYNAKLARI
Nükleer enerji ile fosil yakıtlardan oluşan yenilenemez enerji kaynaklarının kullanımı ile enerjiden alınan verim yüksektir. Yenilenemez enerji kaynaklarının kullanım oranı yüksek olduğundan hızla tükenmekte ve çevre kirliliğine sebep olmaktadır?
1. Nükleer Enerji
Nükleer enerji atom çekirdeğinde gerçekleşen reaksiyonlar sonucu elde edilir. Nükleer santrallerde nükleer reaksiyonların gerçekleştiği ısı enerjisinin elde edildiği yer reaktördür. Nükleer santral kurmak için yüksek oranda uranyum gerekir. Uranyumun parçalanması sonucunda enerji açığa çıkar. Nükleer santrallerde yüksek sıcaklıktaki buhar, elektrik jeneratörüne bağlı türbinlere verilerek jeneratörün elektrik enerjisi üretmesi sağlanır. Jeneratörlerde açığa çıkan elektrik ise iletim hatları ile kullanılacak yere taşınır. Günümüzde elektrik ihtiyacının %17’si Nükleer enerjiden karşılanmaktadır.
Fosil Yakıtlar
Yenilenemez enerji kaynaklarından fosil yakıtları; kömür, petrol ve doğal gaz oluşturur.
Kömür
Kömür; karbon, hidrojen, azot ve oksijenden oluşan fiziksel ve kimyasal olarak farklı yapıya sahip kayaç parçalardır. Bitkilerin ve organik maddelerin zamanla nemli ve bataklık alanlarda sıcaklık ve basıncın etkisiyle değişim geçirmesi sonucunda oluşur. Kömürün oluşum süreci için milyonlarca yıl geçmesi gerekir. Kömür; ısınma amacıyla kullanıldığı gibi, elektrik üretiminde ve sanayide de kullanılır.
Petrol
Ham madde olarak bulunan petrolün kullanım alanı dardır ve işlendikten sonra kullanım alanı artar. Petrol, rafinerilerde işlenerek petrol ürünleri elde edilir. Benzin, gazyağı, mazot, fuel oil, makine yağı, asfalt ve plastik petrol ürünleridir.
Doğalgaz
Doğalgaz, fosil yakıt türlerinden olup çeşitli hidrokarbonlardan oluşan havadan hafif, renksiz, kokusuz ve yanıcı bir gazdır. Doğalgaz kaynağından çıkarıldıktan sonra işlemden geçirilmeye gerek olmadan kullanılacağı alana doğalgaz boru hatları veya sıvılaştırılarak tankerlerle taşınır. Büyük oranda Rusya’dan ithal edilen doğalgaz ile elektrik üretimi sağlanır.