Enerjinin Taşınması Ve Dönüşümü
Hazırlayan:
Enes Ziya Aşık
Enerjinin Taşınması
Enerji olgusu ve transferi en doğal olayı açıklama ve tahmin etmede hayati önem taşır. Enerjinin bir biçimi sık sık isteyerek bir diğerine dönüştürülebilir.
ÖRNEK; bir batarya kimyasal enerjiden elektrik enerjisine; bir baraj, yer
çekimsel potansiyel enerjiden hareket eden suyun kinetik enerjisine ve sonunda elektrik jeneratörü aracılığıyla elektrik enerjisine dönüşür.
Enerjinin Taşınması
Enerjinin emek ve ısının iki temel kanunuyla – Carnot teoremi ve termodinamiğin ikinci kanunu- nasıl etkili bir şekilde diğer biçimlere dönüştürüleceği konusunda katı sınırlar vardır. Bir motor çalışması için kullanıldığında bu sınırlar özellikle kanıt olacaktır. Bazı enerji transferleri oldukça etkili olabilir.
Enerji transferinin yönü ( hangi enerji türü hangi enerji türüne dönüşür) genellikle entropi ( var olan tüm serbestlik derecesi içinde eşit enerji dağılımı) göz önünde tutularak tarif edilir. Pratikte bütün enerji dönüşümleri küçük ölçekte imkanlıdır fakat belirli büyük dönüşümler imkanlı değildir çünkü enerji ya da maddenin rastgele daha konsantre biçimlere ya da küçük alanlara taşınacağı istatiksel açıdan pek mümkün değildir.
Enerjinin Taşınması
Big Bang’den bu yana var olan çeşitli potansiyel enerji türleri, tetikleyici bir mekanizma var olduğunda sonradan “ serbest bırakılmış” olan ( kinetik ya da radyan enerji gibi daha aktif enerji türlerine dönüştürülmüş) evrendeki enerji dönüşümlerinin karakterini oluşturmuştur. Uranyum ve toryum gibi ağır izotoplarda saklı bulunan enerjinin nükleosentez yoluyla açığa çıkarıldığı radyoaktif çözülme bu sürecin örneklerinden biridir. Nükleosentez, ağır elementlerin Güneş sistemi ve Dünya’ya dahil edilmesinden önce, süpernova yer çekimi çöküşünden çıkan yer çekimsel potansiyel enerjiyi ağır elementlerin yaratılmasında depolayan bir süreçtir. Bu enerji nükleer fisyon bombalarında ya da sivil nükleer enerji üretiminde tetiklenir ve serbest bırakılır
Enerjinin Taşınması
Benzer olarak, kimyasal patlama durumunda, kimyasal potansiyel enerji çok kısa bir zaman diliminde kinetik ve ısıl enerjiye dönüşür. Buna başka bir örnek ise sarkaçtır. Sarkacın en yüksek noktasında kinetik enerji sıfırdır ve yer çekimsel potansiyel enerjisi en yüksek düzeydedir. En aşağı noktasında ise kinetik enerjisi maksimumdur ve potansiyel enerjisindeki azalmaya eşittir. Eğer sürtünme ve diğer kayıplar göz ardı edilirse,bu süreçler arasında enerji dönüşümü kusursuz olacaktır ve sarkaç sonsuza kadar salınımına devam edecektir.
Enerjinin Dönüşümü
Enerji dönüşümü, enerjinin bir biçimden diğerine dönüşümüdür. Fizikte enerji terimi bir sistemdeki belirli değişiklikleri oluşturma kapasitesini açıklar. Dönüşümde entropininsınırlamaları göz ardı edilir. Sistemlerin toplam enerji dönüşümü, yalnızca enerjinin eklenmesi veya çıkarılması ile sağlanabilir. Termodinamiğin birinci kanununa göre (enerjinin korunumu yasası olarak ta bilinir) enerji, dönüştürülebilen bir büyüklüktür. Özel göreliliğe göre, sistemlerin enerji değişimlerinde, kütlelerde de değişiklik olur. Bir sistemin toplam kütle miktarı, enerjisinin bir ölçüsüdür. Bir sistemdeki enerji dönüştürülebildiğinden dolayı, farklı bir hale veya başka bir biçime dönüşebilir. Çoğu haldeki enerji, birçok fiziksel işyapmak için kullanılabilir. Enerji doğal süreçler veya makinelerde kullanılabilir. Ayrıca ısı, ışık veya harekete dönüşebilir. Örneğin bir güneş pili, güneş ışınımını elektrik enerjisinedönüştürür ve böylece ampul yanar veya bilgisayara güç sağlanır.
Enerji Dönüşümü
Enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren cihaza transduser denir.
Yapısında termal enerji barındıran çoğu enerji biçimi, başka enerji biçimine verimli olarak dönüştürülebilir. Bu verim, potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümünde olduğu gibi bazen %100 olur.
Evrendeki Enerji Dönüşümü Tarihi
Evrende Büyük Patlamadan beri çeşitli enerji biçimleri arasında dönüşümler meydana geldiğine inanılıyor. Büyük patlamada açığa çıkan hidrojenin gezegenler tarafından tutulmasında enerjide doğrudan bir dönüşüm oluştu. Yerçekimi potansiyel enerjisi doğrudan ısıya dönüştü.
Makinelerde Enerji Dönüşümleri
Örneğin kömür yakıtlı elektrik santralinde büyük miktarda enerji elde edilir ve açığa çıkan enerji dönüşümleri şu adımlarla gerçekleşir:
Çoğu sistemde, sonuncu adım çoğunlukla mükemmel verim verir. Birinci ve ikinci adımlar oldukça verimlidir, fakat üçüncü adım nispeten verimsizdir. En verimli gaz yakıtlı santrallerde %50 verim elde edilir. Yağ ve kömür yakıtlı santraller az verimlidir.
Otomobilde Enerji Dönüşümü
Otomobilde enerji dönüşümünde şu adımlar gerçekleşir:
Hidroelektrik Santrali Enerji Dönüşümü
Barajlarda su biriktirildiğinde suya potansiyel enerji kazandırılır. Potansiyel enerji kazanan su yüksekten bırakılınca suyun potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüşür ve hızla akan su türbinleri dönderir (türbinlerin pervanelerine çarparak türbinleri dönderir). Türbinler dönünce türbinlere bağlı olan jeneratörler döner ve elektrik enerjisi (alternatif akım) üretilir. Hidro elektrik santrallerde, suyun potansiyel enerjisi önce kinetik enerjiye sonra da elektrik enerjisine çevrilir. (Çevresel kirlenme açısından en zararsız santrallerdir)