1.6: Enerji Nedir?
Evren farklı biçimlerdeki maddelerden oluşur ve her türlü madde enerji içerir. Dünya üzerindeki farklı enerji türlerinin kaynağı Güneştir- nihai enerji kaynağı. Bitkiler güneşten gelen ışık enerjisini yakalar ve fotosentez işlemi yoluyla kimyasal enerjiye dönüştürür. Bitkilerde depolanan bu enerji birçok farklı yolla kullanılabilir. Örneğin, bitkisel ürünleri yiyecek olarak yemek vücudumuzun çalışması için enerji sağlar ve odun veya kömür yakmak (fosilleşmiş bitkiler) ısı ve elektrik üretir. Bu nedenle, maddenin tüm değişiklikleri enerjideki değişiklikleri içerdiğinden, enerjinin bir formdan diğerine nasıl aktığını anlamak çok önemlidir.
Enerji iş yapabilme potansiyeli şeklinde tanımlanır. Bir cisme belirli bir kuvvet uyguladığında cisim hareket eder ve iş yapılmış olur. Örneğin bir masa zemin sürtünmesine karşı itildiğinde iş yapılmış olur.
Enerji iki ana kategoriye ayrılabilir- potansiyel enerji ve kinetik enerji. Potansiyel enerji cismin rölatif konumu, kompozisyonu ya da durumu ile ilgili enerjidir. Kinetik enerji cismin hareketi ile ilgili enerjidir. Örneğin bir barajda toplanmış su, zemine göre pozisyonu sebebiyle bir potansiyel enerjiye sahiptir. Bu su türbinlere doğru akdığında kinetik enerji kazanır ve bu enerji de hidroelektrik güç santralinde elektrik üretmek için kullanılır.
Potansiyel Enerji
Potansiyel enerji aynı zamanda dinlenme ya da depolanan enerji şeklinde bilinir. En yaygın potansiyel enerji türleri şunları içerir; bir ağaçta asılı duran elmadaki yerçekimi kaynaklı potansiyel enerji, bir cisimdeki elektrik yüklerinin çekimi ya da itimi kaynaklı elektriksel potansiyel enerji ya da atomlar ve moleküller arasındaki bağlarda depolanan kimyasal potansiyel enerji. Bunlara ek olarak atomik çekirdekte depolanan nükleer enerji ve gerilmiş bir yayda depolanan elastik enerji, potansiyel enerji çeşitleridir.
Genel olarak yüksek potansiyel enerjiye sahip cisim ya da sistemler daha az stabildir ve bu yüzden stabilite kazanmak adına daha düşük enerji seviyelerine geçmeye meyillidirler. Örneğin radyoaktif Uranium-235 (U235) elementi stabil olmayan bir çekirdeğe sahiptir. Stabilite kazanmak adına bu element daha küçük fakat stabil elementlere bölünür ve depolanmış olan nükleer enerjiyi açığa çıkarır. Açığa çıkan bu enerji daha sonra nükleer enerji santralinde elektrik üretmek için kullanılır.
Kinetik Enerji
Bir cismin kinetik enerjisi kütlesine ve hızına bağlıdır. Eğik bir düzlemden aşağı doğru aynı hızda inen farklı kütlelerdeki iki topu düşünün. Ağır olan top daha fazla kinetik enerjiye sahiptir. Benzer şekilde, eğik düzlemde farklı hızlarda inen eşit kütleli iki toptan, hızlı olan daha fazla kinetik enerjiye sahip olacaktır.
Mekanik, elektriksel, radyant, ses ve termal enerji gibi farklı kinetik enerji türleri mevcuttur. Mekanik enerji cismin hızı ile alakalıdır. Cisim hızlandıkça daha mekanik enerjisi artacaktır. Bir silahtan ateşlenen mermi ve barajdan aşağı doğru akan su mekanik enerjiye örnektir. Elektrik enerjisi, fırtınalar sırasındaki şimşek çakmaları ya da günlük hayatta kullanılan devre ve cihazlardaki gibi elektrik yüklerinin hareketi kaynaklı enerjidir. Radyant enerji ise elektromanyetik dalgalar şeklinde hareket eden kinetik enerjidir ve ışık ile ısı şeklinde bulunabilir. Güneş ışığı radyant enerjiye bir örnektir.
Termal enerji atom ve moleküllerin rastgele hareketleri ile ilişkilidir. Bir cisimdeki atom ya da moleküller hızlı bir şekilde hareket ettiğinde ya da titreştiğinde, yüksek bir ortalama kinetik enerjiye (KE) sahip olacaklardır ve cismin "sıcak" olduğu söylenebilir. Atom ve moleküller daha yavaş hareket ettiğinde ise ortalama KE seviyesi düşecektir ve cismin "soğuk" olduğu söylenebilir. Böylece termal enerji bir cisimdeki sıcaklık değişimi üzerinden gözlemlenebilir. Kimyasal bir reaksiyon ya da faz değişimi (erime ya da buharlaşma gibi) olmadığı durumlarda, örnek bir cisimdeki termal enerji artışı cismin sıcakllığının artmasına sebep olacaktır. Benzer şekilde kimyasal bir reaksiyon ya da faz değişimi (erime ya da buharlaşma gibi) olmadığı durumlarda, bir cisimdeki termal enerjinin azaltılması cismin sıcaklığının azalmasına sebep olacaktır.
Enerjinin Korunumu Yasası
Enerji bir formdan diğerine dönüştürülebilir, ancak bir değişiklikten önce mevcut olan toplam enerji, bir değişiklikten sonra bile her zaman bir formda bulunur. Bu gözlem, Enerjinin Korunumu Yasası olarak ifade edilir. Enerjinin Korunumu Yasası, form değiştirebilmesine rağmen, enerjinin yaratılamadığını ya da yok edilemediğini belirtir. Böylece, bir sistemin toplam enerjisi sabit kalır. Örneğin, benzini oluşturan moleküllerde kimyasal enerji (bir tür potansiyel enerji) depolanır. Bir otomobilin motorunun silindirlerinde benzin yakıldığında, bu kimyasal reaksiyonun hızla genişleyen gaz halindeki ürünleri, silindirin pistonlarını hareket ettirdiklerinde mekanik enerji (bir tür kinetik enerji) üretilir.
Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 5.1: Energy Basics.