Temel Bilgiler: Evrensel Güç Enerji

Evrensel güç olan enerji, modern bilimin temel kavramlarından biri, ama çok değişik biçimlerde karşımıza çıkıyor.

Öğrencilerine enerji kavramını ilk kez anlatmaya çalışan bir öğretmen şöyle der: “Bu sabah uyandığımda enerji doluydum; bütün gün çalıştım ve şimdi hiç enerjim kalmadı. Dikkat ederseniz ne tür bir iş yaptığını özellikle belirtmedim. Yalnızca çalışma sonucu enerjimin tükendiğini söyledim. “Bilim adamı için de, bir cisimde bulunan enerji onun iş yapma kapasitesini gösterir. Ne tür bir iş olduğu önemli değildir. Enerji iletimi ya da dönüşümü tüm fiziksel olaylarda geçerlidir ve bu dönüşümler hangi birimle ifade edilirse edilsin hepsinin ortak noktası enerjidir.

Enerjinin Korunumu

Enerjinin her durumda karşımıza çıkma özelliği onu fiziksel olayların açıklanmasında bir anahtar haline getiriyor. Fiziğin en temel kurallarından biri, hepimizin bildiği gibi, enerjinin hiçbir zaman yok olmadığıdır. Bir cismin bir miktar enerji yitirdiğinde, başka bir cisim ona sahip çıkacaktır. Bir sistemdeki enerji değişimlerinin bilinmesi, yakındaki başka bir sistemde olup biten hakkında bize bilgi verir.

Bir kuvvet uygulandığında karşı koyan cisim enerji yitirir. Yapılan iş mikarı, kuvvetin miktarına ve cismi ne kadar ittiğine bağlıdır. İletilen enerji miktarı ise yapılan işe eşittir. Yakındaki bir cisim bu enerjiyi alırsa, alışveriş tamamlanmış olur.

Örneğin, hareket eden bir otomobil, frenlerin oluşturduğu sürtünme sonucu hareket enerjisinin bir miktarını yitirebilir. Bu olay, bir duvara ya da başka bir arabaya çarparak ya da tekerleklerin asfalta sürtünmesiyle, kendi kendine de olabilir.

Sürtünmeye karşı yapılan iş, yol, lastik ve frenlerdeki ısı şeklinde de kendini gösterebilir. Otomobil, başka bir cisme çarparak onu yol kenarına ya da havaya enerji söz konusudur. Taş duvar otomobilin enerjisini soğurur. Bu enerji, duvarın moleküllerinin hareketlerinde ve moleküllerarası bağlarda depolonır. Depolanan enerji miktarı belli bir düzeyi aşarsa, duvar yıkılır. Duvarın dayanıklı olması durumunda, depolanan enerji ısı biçiminde serbest kalır.

Otomobilin hareketleriyle ilgili olan enerkiye kinetik enerji denir. Otomobil durduğunda, enerjisi tümüyle yol olmaz; yalnızca enerjinin hareketle ilgili olan kinetik bölümü diğer biçimlere dönüşmüş olur. Eğer durmasıyla başka cisimleri harekete geçirmişse, enerjinin bir kısmı kinetik enerji olarak diğer cisimlere iletilebilir.

Yediğimiz besinler, vücudumuza güç veren enerki kaynaklarıdır. Besinin yakılmasıyla(yukarıda)açığa çıkan enerji, suyun sıcaklığındaki artış yoluyla ölçülerek, besinin kalori değeri olabilir.

Yitirilmez, Depolanır

Sürtünmeye karşı koyarken tüketilen enerji, bazı cisimlerin ısınmasına yol açar. Bu ısınma cisimdeki molekül ve atomlar arasındaki kuvvetler ve hareketlerin oluşturduğu enerji anlamına gelen içsel enerjinin artışı ile açıklanır. Eğer araba önüne çıkan bir cismi havaya doğru fırlatırsa, enerji başka bir biçimde ortaya çıkacaktır. Bir cismin yerçekimine karşı yaptığı iş, o cisme potansiyel enerji kazandırır. Havaya doğru fırlatılan bir cisim, kazandığı kinetik enerjinin bir kısmını daha yükseğe ulaşmak için kullanır. Aslında bu enerji yitirilmemiştir, cisim yerçekiminin etkisiyle yere doğru düşmeye başladığında yeniden kinetik enerji olarak kullanılmak üzere depolanmıştır. Bu tür enerjiler, koruyucu kuvvetler adı verilen kuvvetlere karşı yapılan işlerde söz konusudur. Bu kuvvetlerin özelliği, bir durumdan başka bir duruma geçildidğinde yapılan işin, salt başlangıç ve bitiş koşullarına bağlı olmasıdır. Bu kuvvetler, uzayı kaplayan ve değişik konumlardaki enerjiler arasındaki ilişkileri belirten “alanlar”la (manyetik elektrik ya da yerçekimi alanları) tanımlanırlar.

Ancak günlük yaşamda enerjiler arasındaki ilişkilerde sürtünme gibi koruyucu olmayan kuvvetler rol oynar. Bu tür kuvvetler enerjiyi ısı olarak yayarlar. Isı artışı atom ve moleküllerin serbest hareketleri ile ilgili bir tür kinetik enerji artışı demektir.

Canlı organizmaların yaşamak ve büyümek için enerjiye gereksinmleri vardır. Bitkiler enerjilerini güneşten alıp, bazı kimyasal maddeler yardımıyla depolarlar (bu enerji, ışık adını verdiğimiz elektromanyetik enerji paketleri halinde gelir). Bitkilerle beslenen hayvanlar, aldıkları enerkiyi kullanmanın ve kendi organizmalarına mal ederek çalışmak ve yaşamak için depo etmenin yollarını geliştirmişlerdir. Et yiyen hayvanları yiyerek, bu hayvanların dokularında depolanan enerjiden yararlanırlar.

İnsanoğlunun yaşadığı dünyayı uygar bir hale getirmek ve kendi çıkarlarına göre kullanmaktaki kararlılığı kendi vücudunun dışındaki enerjileri de kontrol altına almasına yol açmıştır. Isınmak, eğlenmek, üretmek ve hatta savaçmak için petrol, gaz, ağaç gibi maddelerdeki kimyasal enerji ve dağ akarsularındaki potansiyel enerji değerlendirilmektedir. Hatta atom çekirdeğinin içindeki enerji bile kullanılmaktadır.

Atom Enerjisi

Atom düzeyine inildiğinde, enerji şimdiye kadar anlattığımız özgür niteliğini yitirir. Örneğin, atomun çekirdeği çevresindeki elektronlar, yalnızca sabit ve birbirinden farklı enerji düzeylerinde bulunabilirler. Elektronlar, bu enerji düzeylerini en alt düzeyden başlayarak sırayla doldurur. Bunun yanı sıra, elektronlar düzeyler arasındaki farka denk düşen miktarlarda enerji alabilirler ve daha alt düzeylere düşerlen belirli ve önceden bilinebilen miktarlarda enerjiyi açığa çıkarırlar. Bu miktarlar ölçülerek, hangi elementin atomundan geldiği saptanabilir.

Enerji, bu kısıtlamalar içinde bulunmakla birlikte, bir başka açıdan bakıldığında daha özgür ve daha temel bir öğedir. Çünkü bir cismin içindeki madde miktarı olarak tanımlayabileceğimiz kütlenin, enerjinin diğer bir yüzü olduğu çıkmıştır. Günümüzde pek çok fizikçi, kütleyi yüksek derecede yoğunlaştırılmış enerji olarak ele almaktadır. Günlük yaşamda madde ile enerji arasındaki karşılıklı dönüşümleri gözleme olanaklarımız kısıtlıdır; ancak ikisi arasındaki ilişki, atomaltı parçacıkların hareketlerini açıklamak için gereklidir. Einstein’ın ünlü formülü E=m.c² (c, ışık hızı) fiziğin gücünün ve bizi hiç beklemedimiz zamanlarda şaşırtma özelliğinin bir simgesi haline gelmiştir.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir