Enerji nedir?

Enerji, evrendeki her sürecin temelini meydana getirir. Enerjiyi ne yok edebilirsiniz ne de yoktan var edebilirsiniz. Enerji hakkında ne bilmek istiyorsanız okumaya devam edin. Enerji nedir? Enerji hakkında Einstein’ın büyük fikri neydi? Enerjinin korunumu yasası nedir? Potansiyel enerji nedir? Kinetik enerji nedir? Enerji nasıl aktarılır? Enerji nasıl dönüşür? Isı enerjisi nedir? Ses enerjisi nedir? Nükleer enerji nedir? Kimyasal enerji nedir? Yerçekimi enerjisi nedir? Esneklik enerjisi nedir? Roketteki enerji nasıl oluşur? Uzay mekiği nasıl dünyadan fırlatılır? soruların cevabı burada.

Enerji nedir?

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 özellikleri

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.

Enerjinin korunumu yasası nedir?

Evrenimizin en temel ilkelerinden biri olan enerjinin korunumu yasası, enerjinin yaratılamayacağını ve yok edilemeyeceğini söyler. Yani kapalı bir sistemdeki enerji miktarı sabittir. Bununla birlikte, enerji bir cisimden başka bir cisme aktarılabilir ve başka bir enerji biçimine dönüştürülebilir.

“Enerji üretimi” terimini kullansak da enerjiyi sıfırdan üretmek mümkün değil. Sadece mevcut enerjiyi başka bir kullanılabilir enerji biçimine dönüştürüyoruz. Örneğin güneş panelleri Güneş’in ışınım enerjisini kullanılabilir elektrik enerjisine dönüştürüyor. Benzer şekilde, kullandığımız enerji kaybolmuyor, sadece başka biçimlere dönüşüyor. Televizyon izlerken televizyondan yayılan ısı, ses ve ışık enerjisi yavaş yavaş çevreye karışıyor.

Tarih boyunca pek çok mucit, enerji girdisinden daha fazla enerji çıktısı üretecek devridaim makineleri tasarlamaya çalıştı ama enerjinin korunumu yasası bu gibi buluşları imkânsız kılıyor.

Enerji hakkında bunları biliyor muydunuz?

1. Güneş ışığı. Güneş’ten sadece bir saat içinde gelen radyasyon, bir yıl boyunca dünya nüfusun tüm ihtiyaçlarını karşılayacak enerjiyi taşır.
2. Nükleer enerji. Bir fisyon reaktöründe sadece 1 kg uranyum çekirdeğinin parçalanması, termik santralde 2 milyon kg kömür yakılması kadar enerji açığa çıkanr.
3. Akıl oyunlan. Beyin, vücudunuzdaki en çokenerji tüketen organdır. Enerjinizin %20’sini beyin harcar. Bu enerji sadece beynin işlevierinde değil, bakımında da kullanılır.
4. Güneş diyeti. Güneş’in çekirdeğindeki füzyon, kütleyi enerjiye dönüştürerek saniyede 4,3 milyar kg kaybolmasına yol açar ama bu toplam kütlenin çok küçük bir kısmıdır.
5. Yüksek enerji fiziği. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda dolanan bir proton, bir sivrisinek kadar kinetik enerjiye sahiptir ama bu enerji çok daha küçük bir vücutta yoğunlaşmıştır.

Potansiyel enerji nedir? Kinetik enerji nedir?

Enerjiyi sınıflandırmanın en basit yolu, onu kinetik enerji ve potansiyel enerji olarak ikiye ayırmak. Ama bu ayrım, bir cismin veya sistemin sahip olabileceği enerji şekillerini tam olarak tanımlamaya yetmiyor. O yüzden enerjinin dokuz temel şekli olduğunu kabul ediyoruz.

Kinetik enerji hareketle ilişkilidir. İster oksijen molekülü kadar küçük ister gezegen kadar büyük olsun, bir cismin kütlesi ne kadar fazlaysa ve cisim ne kadar hızlı hareket ederse kinetik enerjisi o kadar büyük olur. Farklı türdeki cisimlerin hareketi farklı kinetik enerji biçimlerine yol açar.

Ses, ışık ve ısı, kinetik enerji biçimleridir. Ayrıca “kinetik enerji” terimi, küçük parçacıkların görünmez titreşimlerinin aksine, makro ölçekte cisimlerin hareket enerjisini tanımlamada da kullanılır. Gözle görülebilir hareket enerjisinden (örn. hareket eden bir araba veya insan) bahsederken “kinetik enerji” terimini kullanırız.

Potansiyel enerji ise iki cisim arasındaki kuvvet ve aralarındaki mesafeden kaynaklanan enerjidir. Örneğin, bir tepedeki kayanın potansiyel enerjisi, Dünya ile kaya arasındaki yerçekimi kuvvetinden gelir. Kaya ne kadar büyükse ve ne kadar yüksekteyse potansiyel enerjisi o kadar büyük olur. Bu sayfalarda göreceğiniz üzere, farklı kuvvetlerin ortaya çıkardığı potansiyel enerji şekillerinin adları da farklıdır.

Kinetik enerji ve Potansiyel enerji temel enerji olarak 1 ve 2 olarak sıralarsak diğer temel enerji şekillerinden kısa kısa bahsedelim.

Isı enerjisi nedir? (Temel enerji şekli 3)

Isı enerjisi, onu oluşturan parçacıkların kinetik ve potansiyel enerjisinin birleşimidir. Su ısıtıcınızdaki su ısındıkça, kaynama noktasına ulaşana kada su molekülleri giderek daha hızlı titreşir. Buharlı motorlarda suyun buhara dönüşmesinde yaşanan genleşme, ısıyı mekanik enerjiye dönüştürür.

Ses enerjisi nedir? (Temel enerji şekli 4)

Ses enerjisi tamamen titreşimlerle  ilgilidir. Gitar teline vurursanız tel titrer. Bu hareket, molekülleri ileri geri hareket ettirerek havada yayılır. Dalga kulağınıza ulaşınca kulak zarınız da titreşir ve beyniniz bunu ses olarak algılar.

Ses dalgalarını genellikle iş yapmak için değil, iletişim veya eğlence amacıyla kullanırız.

Nükleer enerji nedir? (Temel enerji şekli 5)

Proton ve nötronların birbirine bağlandığı atom çekirdeklerinde nükleer enerji depolanır. Çekirdekleri parçalamak veya birleştirmek büyük miktarda enerji açığa çıkarabilir.

Nükleer fisyon reaktörleri, uranyum ve plütonyum çekirdeklerini nötron bombardımanına tutarak parçalar ve böylece ısı yayan bir zincirleme tepkime başlar. Güneş’in çekirdeğinde ise nükleer füzyon sayesinde ısı ve ışık üretilir.

Kimyasal enerji nedir? (Temel enerji şekli 6)

Kimyasal enerji, atomları moleküllere ve diğer yapılara bağlayan kimyasal bağlarda depolanır. Başka bir deyişle, atomları bir arada tutmak için enerji gerekir. Gereken toplam enerji miktarıysa atomların dizilimlerine göre değişir.

Reaktantların bağlanma enerjisinin ürünlerin bağlanma enerjisinden daha büyük olduğu bir kimyasal tepkimede enerji fazlası ısı olarak, bazen de ışık olarak açığa çıkar. Sobada yanan kömür ve vücudunuzdaki gıdalar bu kimyasal enerjiyi açığa çıkarır.

Esneklik enerjisi nedir? (Temel enerji şekli 7)

Esneklik enerjisi, bir cismin şekli veya hacmi değiştirildiğinde depolanan potansiyel enerjidir. Trambolinde sıçramayı örnek gösterebiliriz. Trambolin asıl şekline dönerken potansiyel enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürerek sizi havaya iter.

Tüm maddelerin esneklik enerjisi depolama kapasitesi aynı değildir. Örneğin, paket lastiği ipten daha fazla esneklik enerjisi depolayabilir.

Yerçekimi enerjisi nedir? (Temel enerji şekli 8)

Yerçekimi enerjisi, gezegenimizin (ve diğer cisimlerin) etrafındaki yerçekimi alanından kaynaklanır.

Örneğin, bir kayakçı teleski ile dağ yamacına tırmanırken yerçekimi enerjisi ortaya çıkar. Kayakçı ne kadar yükseğe çıkarsa o kadar fazla potansiyel enerji depolanır. Sonra kayakçı yokuş aşağı hızlandıkça bu depolanmış enerji kinetik enerjiye dönüşür.

Elektromanyetik nedir? (Temel enerji şekli 9)

Elektriksel potansiyel enerji, zıt işaretli elektrik yükleri birbirinden koparıldığında veya aynı işaretli yükler bir araya getirildiğinde depolanır. Üretilen elektrik potansiyeli, gerilim (voltaj) şeklinde ortaya çıkar.

Benzer şekilde, bir bobindeki dönen mıknatıs da bobinde gerilim oluşturur. Gerilim bir akım oluşturmak için kullanılırsa elektriksel potansiyel enerji ısıya, ışığa veya mekanik harekete dönüştürülebilir.

İlginizi çekebilir: Adımlarınızı Enerjiye Dönüştürün

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?

• 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.
• Filamanlı ampul. Elektrik akımı f ampulün filamanmdan geçerken elektrik enerjisi ışık enerjisine dönüşür. Ancak bu ampuller enerjinin yalnızca yüzde 10’nu görünür ışığa dönüştürür, geri kalanı ısıya dönüşerek boşa gider.
• 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.
• Tenis. Tenis topuna vurduğunuz zaman top, f rakibinizin son vuruşuyla topa verdiği enerjiye sizin kolunuzdan gelen enerjiyi de ekleyerek raket yönünde ilerler.
• Hoparlör. Hoparlörün içindeki elektromıknatıstan geçen elektrik enerjisi darbeleri mıknatısın manyetik alanını değiştirir. Bu da bir sabit mıknatısın ileri geri titreşerek ses enerjisi yaymasına neden olur.

Roketteki enerji nasıl oluşur?

Uzay Mekiği’ni fırlatmak çok fazla enerji gerektiriyordu. O kadar enerji nereye gidiyor?

1. Çok ağır. Uzay Mekiği kalkış sırasında 2 milyon kg ağırlığında. Bu ağırlığın çoğu yakıt.
2. Harici tank. Harici tank, üç ana motora güç sağlamak üzere 720.000 kg sıvı oksijen ve sıvı hidrojen roket yakıtı içeriyor.
3. Yanma. Güçlendiriciler (booster) sadece iki dakikada 450.000 kg yakıtı yaktıktan sonra atılıyor.
4. Yörünge. Yörüngeye girmek için mekiğin saatte 28.000 km hıza ulaşması gerekiyor.
5. Roket güçlendiriciler. Kalkış için gereken enerjinin çoğu mekiğin katı yakıtlı iki roket iticisinden geliyor.
6. Katı yakıt. Bu yakıt yanarken itme oluşturmak için yüksek basınçlı gazı dışarı püskürterek mekiği yukarı doğru itiyor.
7. Toplam enerji. Fırlatma sırasında her saniye yaklaşık 1013 jul harcanıyor. Bu enerjiyi roket yakıtında depolanan kimyasal enerji sağlıyor.
8. Ses. Mekikten çıkan egzoz, 220 desibeli bulan sağır edici titreşimler ve sesler yaratıyor.

Ayrıca bakınız

• Güneş enerjisinden elektrik üretimi neden önemli?
• Enerji Kaynakları Nedir? Yenilenebilir Enerji Kaynakları Nelerdir?
• Yeşil enerji nedir? Geleceğin yakıtları ne olacak?