Enerji Yoktan Var Edilebilir mi? Enerjinin Korunumu

Enerjinin korunumu yasası

Enerjinin korunumu yasası, kapalı bir sistemdeki toplam enerji miktarının zamanla değişmediğini söyler. Enerji farklı biçimlerde bulunabilir; örneğin hareket enerjisi, yer çekimi potansiyel enerjisi, esneklik potansiyel enerjisi, ısı, ışık ve ses enerjisi aynı toplamın farklı parçaları olabilir. Bu nedenle bir olayın başında görülen enerji ile sonunda görülen enerji farklı biçimlerde olsa da, bütün biçimler birlikte değerlendirildiğinde toplam korunur.

Yasanın nasıl işlediğini anlamak için bir hız treni düşünülebilir. Tren ilk tepeye çıkarılırken yapılan iş, trene yer çekimi potansiyel enerjisi kazandırır. Tren aşağı inerken bu depolanmış enerji hareket enerjisine dönüşür; en alçak noktada tren hızlanır. Ardından tren yeniden yükselirken hareket enerjisinin bir bölümü tekrar potansiyel enerjiye dönüşür ve tren yavaşlar. Sürtünme varsa mekanik enerjinin bir kısmı ısıya, ayrıca ses ve başka etkilere dönüşür. Mekanik hareket azalmış gibi görünse de enerji ortadan kaybolmaz; tüm enerji biçimleri hesaba katıldığında korunur.

Enerji dönüşümü ile enerji yaratımı arasındaki fark

Enerji dönüşümü, mevcut bir enerji biçiminin başka bir enerji biçimine çevrilmesidir. Enerji yaratımı ise daha önce bulunmayan enerjinin ortaya çıkarılması anlamına gelir. Korunum yasası ikinci sürece izin vermez: Bir cihaz çalışırken yeni enerji üretmez, kendisine ulaşan veya içinde depolanmış enerjiyi başka bir biçimde kullanıma sunar.

Bir pilin iki ucuna bağlanan ampulde ışık görülür. Burada enerji yoktan ortaya çıkmaz; pilde depolanmış kimyasal enerji önce elektriksel enerjiye, ardından ampulde ışık ve ısı enerjisine dönüşür. Benzer biçimde yakıtla çalışan bir araçta yakıtın kimyasal enerjisi motorun hareketine, aracın kinetik enerjisine, ısıya ve sese dönüşür. Elektrik santralinde de yakıtın veya başka bir kaynağın enerjisi önce ısı ve hareket gibi aşamalardan geçerek elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Günlük dilde buna “elektrik üretimi” denir; fiziksel açıdan daha doğru ifade, elektrik enerjisinin başka enerji biçimlerinden dönüştürülmesidir.

Dönüşümün sonunda başlangıçtaki biçimin azalması, enerjinin yok olduğu anlamına gelmez. Örneğin fren yapan aracın hareketi azalırken frenler ısınır; hareket enerjisi ısı enerjisine aktarılmıştır. Bu yüzden enerji dönüşümünü değerlendirirken yalnızca işe yarayan veya kolay fark edilen kısmı değil, ısı ve ses gibi diğer çıktıları da düşünmek gerekir.

Enerji aktarımının temel yolları

Enerji, bir cisimden veya sistemden diğerine başlıca ısı, iş, ışınım ve hareket yoluyla aktarılabilir. Isı aktarımında sıcaklık farkı etkili olur; sıcak bir cisim çevresine enerji verebilir. İş yapılması, bir kuvvetin bir cismi hareket ettirmesi gibi, enerjinin sistemler arasında taşınmasının başka bir yoludur. Güneş ışığının bir yüzeyi ısıtması ışınımla aktarıma örnektir. Hareket eden bir cismin çarpışma sırasında başka bir cismi itmesi de enerjinin hareket aracılığıyla aktarılmasıdır. Bu yollar enerjinin yaratıldığı anlamına gelmez; enerji bir yerde azalırken başka bir yerde artar.

Günlük hayattan enerji dönüşümü örnekleri

Günlük yaşamda enerji dönüşümleri sürekli gerçekleşir. Pildeki kimyasal enerji elektrik enerjisine dönüşür; bu elektrik enerjisi bir el fenerinde ışığa, aynı zamanda bir miktar ısıya dönüşür. Yemekteki kimyasal enerji insan vücudunda hareket etmek ve ısı üretmek için kullanılabilir. Bir lambada elektrik enerjisi ışıkla birlikte ısıya dönüşür. Yakıt kullanan bir otomobilde kimyasal enerji, motorun ve aracın hareket enerjisinin yanı sıra ısı ve ses enerjisine dönüşür.

Santrallerde de “yeni enerji oluşturma” değil, kaynakta bulunan enerjiyi dönüştürme gerçekleşir. Buhar bir pistonu hareket ettirdiğinde ısı enerjisi hareket enerjisine dönüşür; bu hareket daha sonra elektrik enerjisine dönüştürülebilir. Bir aracın fren yapması bunun tersine bir örnektir: Hareket enerjisi sürtünme nedeniyle frenlerde ısıya dönüşür. Kullanışlı hareket veya ışık azalırken ısı artabilir, fakat toplam enerji korunur.

Kapalı ve açık sistemlerde enerji bilançosu

Kapalı sistem, çevresiyle madde alışverişi yapmayan sistemdir; ne madde ne de enerji alışverişi yapan sisteme ise yalıtılmış sistem denir. Yalıtılmış bir sistemde toplam enerji sabit kalır; enerji sistemin içinde bir biçimden diğerine dönüşür. Örneğin sürtünmesiz kabul edilen bir düzende yüksekte duran cismin potansiyel enerjisi aşağı inerken kinetik enerjiye çevrilir. Sürtünme hesaba katıldığında mekanik enerji azalıyor gibi görünür, ancak oluşan ısı da sistemin toplamına eklendiğinde enerji dengesi korunur.

Açık sistem ise çevresiyle enerji alışverişi yapar. Bir ampule elektrik enerjisi gelir ve ampulden çevreye ışık ile ısı yayılır. Ampulü tek başına sistem olarak seçersek enerji içine girer, farklı biçimlere dönüşür ve dışarı aktarılır. Sistem sınırını ampul, kablo, pil ve çevreyi kapsayacak şekilde genişletirsek bu alışverişin nereden geldiği ve nereye gittiği izlenebilir. Bir sistemin içinde enerji yok olmuş veya yoktan ortaya çıkmış gibi görünmesi çoğu zaman sınırın dar seçilmesinden kaynaklanır. Ayrıntılı enerji bilançosu hesapları termodinamiğin birinci yasası kapsamında incelenir.