Enerjinin korunumu Yasası, kapalı bir sistemdeki toplam enerjinin değişmeyeceğini ifade eder. Sürtünme gibi dış kuvvetlerin etkisi olmayan bir sistemde bulunan enerji, farklı enerji türlerine dönüşür ve korunur. Yani sistemdeki enerji hiçbir şekilde sistemden dışarı çıkmaz. Enerji yoktan var edilemediği ve yok edilmediği için sistem içinde enerji her zaman dönüşerek kalır. Peki sistem derken neyi kast ediyoruz, bir sistemdeki enerji nasıl korunur, devridaim makineleri mümkün müdür; şimdi bu soruların cevaplarına bakalım.
İçindekiler
Enerji Korunumu Yasası Nedir?
Enerjinin korunumu yasası; sürtünme başta olmak üzere dış kuvvetlerin etkide bulunmadığı kapalı bir sistemdeki enerjide kayıp olmayacağını, enerjinin farklı türdeki enerjilere dönüşerek korunacağını ifade eden bir kavramdır. Şimdi enerji kavramına bir bakalım. Bir sistemin iş yapma kapasitesi enerjidir. Farklı biçimlere girebildiği ve kapalı bir sistemde korunabildiği için enerji son derece önemlidir.
İzole sistemde enerji miktarı aynı kalır. Yani enerji kayıpları yaşanmaz. Ama enerjinin korunumu yasası kapsamında önemli olan, sistemin dış etkilerden korunuyor olmasıdır. Örneğin sürtünme kuvvetini dahil edersek sistemdeki enerjinin bir kısmı sürtünme kuvveti nedeniyle gidecektir. Enerji korunumunu çok daha iyi anlayabilmeniz bir örnek üzerinden açıklama yapalım.
4 odalı bir ev ve evde yaşayan insanları düşünün. Ev, dış etkenlerden korunan izole bir sistem olsun. Evin içinde de toplamda 10 kişi bulunsun. Evin izole olma durumunu, kapı ve pencere gibi dışarı ile temasa neden olabilecek her faktörden yoksunluğu şeklinde düşünebilirsiniz. Evde yaşayan kişiler, odalar arasında gezinebilir. Mutfağa gidebilir, oturma odasında kalabilir. Odaların her birini farklı bir enerji türü olarak düşünürseniz, insanların odalar arasındaki gezintisinin enerji dönüşümlerini ifade ettiğini anlayabilirsiniz. Bu arada fizikte sistem, denklemlerin modellenmesini sağlayan nesneler topluluğudur. Örneğimizde ev, kapalı bir sistemdir.
Enerjinin korunumu yasası, sistemdeki enerjinin dış kuvvetler etkide bulunmadığı sürece farklı enerji türlerine dönüşse de asla artmayacağını ya da azalmayacağını ifade eder. Yani evdeki insan sayısı ne artacak ne de azalacaktır. İlk baştaki insan sayısı ile son durumdaki sayı birbirine eşit olacaktır. Fakat dış kuvvetler etki etmeye başlarsa, yani kapı ve pencereler açılırsa evdeki kişi sayısı azalabilir. Ya da dışarından başka birilerinin gelmesi, toplam sayının artmasına neden olabilir.
Bir Sistemdeki Enerji Nasıl Korunur?
Şimdi gelelim bir sistemdeki enerjinin nasıl korunacağına. Daha önce de ifade ettiğimiz üzere sistemin kapalı olması, enerjinin dışarı kaçmamasını sağlar. Bu durum, enerjinin toplam miktarında değişme olmaması yani enerjinin korunması anlamına gelir. Enerjinin korunumu yasası kapsamında, kapalı sistemde bulunan enerji farklı türdeki enerjilere dönüşebilir. Yani potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşebilir, bunun tam tersi de mümkündür.
Bir sistemdeki enerji işe dönüştürülebilir. Fakat burada önemli olan husus, bir sistemdeki enerjinin tamamının işe dönüştürülemeyeceğidir. Sistemde bulunan enerjinin yalnızca kullanılabilir kısmı enerjiye dönüşme potansiyeline sahiptir. Yapılan iş sırasında bir kısım enerji gidecektir.
Enerji Değişimleri Nelerdir?
Bir sistemdeki enerji, çeşitli durumlarda farklı enerji türlerine dönüşebilir. Bu durum enerji değişimleri olarak tanımlanır. Enerji türleri ise özetle şu şekildedir:
- Kinetik Enerji: Cismin hareket etmesini sağlayan enerjidir. Hareketsiz bir durumda bulunan cismin hareket edebilmesi için bir enerjiye ihtiyaç vardır. Cisme bir kuvvet uyguladığınızda, enerji nesneye aktarılmış olur. Bu sayede cisim hareket eder.
- Potansiyel Enerji: İlk kez İskoç mühendis ve fizikçi William Rankine tarafından ortaya atılan potansiyel enerji kavramı, cisimlerin bir alanda bulunmalarından ötürü elde ettikleri enerji olarak tanımlanabilir. Cisim düşük potansiyelden yüksek potansiyele geçtiğinde potansiyel enerji biriktirir. Bu durumu bir örnekle açıklamak mümkün. Bir cisim düşünün. Yüksek bir noktaya çıkarılan cisim, bu noktada potansiyel enerji biriktirir. Çünkü yüksekteki potansiyel enerji aşağı bölgedekinden daha fazladır.
Yukarıdaki iki enerji, temel enerji türlerini ifade eder. Bir cismin kinetik enerjiden potansiyel enerjiye geçmesi mümkün. Tam tersi de olanaklı. Sabit duran bir topa kuvvet uygular ve havaya atarsak ilk olarak cisimde kinetik enerji oluşur. Çünkü verilen kuvvet sayesinde top hareket eder. Bununla birlikte top yukarıdayken potansiyel enerjiye sahiptir.
Potansiyel ve kinetik enerji dışında da enerji türleri bulunuyor. Enerjinin korunumu yasası kapsamında dikkate alınması gereken enerji türlerinden bir diğeri esneklik enerjisidir. Bu enerji çeşidini çok daha iyi anlayabilmeniz için bir yay düşünebilirsiniz. Bir yay aşağı doğru çekildiğinde bir iş yapılmış olur Çünkü yayın aşağıda olduğu pozisyon, bir ağırlık kaldırılabilmesine olanak tanır.
Yay çekildiğinde esneklik enerjisi kinetik enerjiye dönüşür. Yayın gerilmesi ve kinetik enerjiye geçmesi arasında sürekli bir enerji dönüşümü meydana gelir. Hareket sona erdiğindeyse ısı enerjisi ortaya çıkar. İki madde arasında alışveriş yapılabilen bir enerji türü olan ısı enerjisi, maddenin ısısını düşürür ya da yükseltir.
Devridaim Makineleri Mümkün mü?
Şimdi gelelim en önemli soruya: Bir sistemi tam anlamıyla izole etmek mümkün mü? Çünkü yazının başlarında, kapalı sistemde enerjinin korunduğunu ve sistemdeki enerjinin değişmediğini belirttik. Burada aklımıza, devridaim makineleri geliyor. Yazının bu kısmına kadar geldiyseniz, bir sistemi tam olarak izole edip dışarıdan hiç enerji almayan ve sürekli çalışabilen makinelerin yapılıp yapılmayacağını düşünmüş olmalısınız.
Enerjinin korunumu yasası ile ilişkili olan bu konu, son derece önemli. Bu makinelerin temel mantığı, sisteme alınan enerjiden çok daha fazlasının dışarı aktarılmasıdır. Öncelikle devridaim makinelerinin mümkün olmadığını belirtmek gerekiyor. Devridaim makinelerinin her bir çeşidi, termodinamik yasalarını ihlal eder.
Çalışması gerekenden daha fazla enerji üretmek istiyorsanız, bu durum enerjinin yoktan var edilemeyeceği yasasını ihlal edecektir. Ayrıca termodinamik yasaları, iş yapmak için kullanılamayan enerjinin sürekli artma eğiliminde olduğunu söyler. Fakat devridaim makineleri, termodinamik yasasına karşı çıkar. Çünkü bu tür makineler, teoride entropiyi azaltır. Bu ise mümkün değildir.
