İş, enerji, güç, enerji biçimleri, mekanik enerji ve enerji kaynakları üzerine kapsamlı konu anlatımı
Fizikte iş, bir cisme etki eden kuvvetin, cismi kuvvet doğrultusunda yer değiştirmesine neden olmasıdır. Kuvvet ve yer değiştirme vektörel büyüklüklerdir; iş skaler bir büyüklüktür. Birimi joule (J)’dür.
İş yapılabilmesi için kuvvet ile yer değiştirme aynı doğrultuda olmalıdır. Kuvvet yer değiştirmeye dik ise iş yapılmaz (örneğin düz yolda çanta taşımak).
Eğer kuvvet değişiyorsa, F-x grafiğinin altındaki alan işi verir.
Enerji, bir sistemin iş yapabilme yeteneğidir. Enerji birimi de joule’dür. Bir cismin üzerinde yapılan iş, cismin enerji değişimine eşittir:
Güç, birim zamanda yapılan iş veya harcanan enerjidir. Skaler büyüklüktür, birimi watt (W)’tır.
1 W = 1 J/s. Günlük hayatta kW, kWh (enerji birimi) kullanılır. 1 kWh = 3,6·10⁶ J.
Net kuvvetin yaptığı iş, cismin kinetik enerjisindeki değişime eşittir:
Enerji çeşitli biçimlerde bulunur ve birbirine dönüşebilir. Başlıcaları:
Kinetik ve potansiyel enerjinin toplamıdır.
Moleküllerin kimyasal bağlarında depolanır (pil, akü, besinler). Tepkime sonucu açığa çıkar.
Atom çekirdeklerinin bölünmesi (fisyon) veya birleşmesi (füzyon) ile açığa çıkar (nükleer santraller, Güneş).
Moleküllerin, atomların ve elektronların rastgele hareketlerinin toplamıdır. Sıcaklık farkı nedeniyle aktarılır.
Elektromanyetik dalgalar halinde yayılan enerjidir (Güneş, lamba). Fotonlarla taşınır.
Mekanik dalgalar olarak yayılır, maddesel ortamda titreşimlerle iletilir (boşlukta yayılmaz).
Yüklü parçacıkların (elektronların) hareketi sonucu oluşur. İletken teller aracılığıyla iletilir ve diğer enerji biçimlerine kolayca dönüşür.
Enerji dönüşümlerinde toplam enerji korunur (enerjinin korunumu yasası). Dönüşümler sırasında genellikle ısı kaybı oluşur (verim kaybı).
Mekanik enerji, kinetik enerji (Ek) ve potansiyel enerjinin (Ep) toplamıdır:
Hareket halindeki cismin sahip olduğu enerjidir.
Cismin konumundan veya durumundan kaynaklanan enerjidir.
Yüksekteki cismin sahip olduğu enerji.
Esnek cisimlerin (yay, lastik) sıkıştırılması veya gerilmesi sonucu depolanan enerji.
Sürtünme ve hava direnci gibi enerji kayıplarının ihmal edildiği sistemlerde mekanik enerji sabit kalır. Yani kinetik enerji artarken potansiyel enerji azalır, toplam değişmez.
Örneğin serbest düşen cisimde, yükseklik azaldıkça potansiyel enerji azalır, kinetik enerji artar.
Enerji kaynakları, yenilenebilen ve yenilenemeyen olarak ikiye ayrılır.
Sınırlı rezervlere sahiptir, tükenirler. Oluşum süreleri çok uzundur.
Doğada sürekli yenilenen, tükenmeyen kaynaklardır. Çevre dostudur, temiz enerji sağlar.
Güneş ışınlarının fotovoltaik panellerle doğrudan elektriğe veya termal sistemlerle ısıya dönüştürülmesi. Sınırsızdır, ancak gece ve hava durumundan etkilenir.
Rüzgâr türbinleri ile rüzgârın kinetik enerjisi elektriğe çevrilir. Temizdir, ancak yer ihtiyacı fazladır ve rüzgârın sürekli olması gerekir.
Barajlarda biriken suyun potansiyel enerjisinden türbinlerle elektrik üretilir. Türkiye'de yaygındır. Büyük yatırım maliyeti ve ekosistem etkileri dezavantajdır.
Yer altındaki sıcak su veya buhardan yararlanılır. Isıtma ve elektrik üretiminde kullanılır, sürdürülebilirdir.
Organik atıklardan (bitkisel, hayvansal) yakıt veya gaz elde edilir. Atıkların değerlendirilmesi açısından avantajlıdır.
Deniz dalgaları ve gelgitlerden yararlanılır, henüz yaygın değildir.
Hidrojenin yakıt hücrelerinde oksijenle tepkimesi sonucu elektrik üretilir. Temizdir, ancak depolama ve üretim maliyetleri yüksektir.
Yenilenebilen enerji kaynaklarının kullanımı çevre kirliliğini azaltır, enerjide dışa bağımlılığı düşürür. Enerji etiketleri (A sınıfı cihazlar), LED aydınlatma, vampir cihazların fişten çekilmesi, ısı yalıtımı gibi önlemlerle tasarruf sağlanır. Karbon ayak izi, sera gazı salınımının ölçüsü olup azaltılması için temiz enerji kullanımı teşvik edilmelidir.