Enerji Nedir? Örnekleri Nelerdir?
Enerji, fiziksel bir sistemin iş yapma kapasitesi olarak tanımlanır.
Tarihçe
Enerji kelimesi Antik Yunancada ki ‘energeia’ kelimesinden türemiştir. Modern tanımın aksine, energeia, mutluluk ve zevk gibi fikirleri içerecek kadar geniş, nitel bir felsefi kavramdı.
17. yüzyılın sonlarında Gottfried Leibniz’in sunduğu fikir, bir nesnenin kütlesinin ve hızının karesinin çarpımı olarak tanımlanan toplam vis viva’nın korunduğuydu. Sürtünmeden kaynaklanan yavaşlamayı hesaba katan Leibniz, termal enerjinin maddenin kurucu parçalarının rastgele hareketinden oluştuğuna dair teorisini sundu ancak bu teorinin kabul edilmesi bir yüzyıldan daha fazla sürdü.
1807’de Thomas Young, vis viva yerine “enerji” terimini kullanan ilk kişidir. Gustave-Gaspard Coriolis, 1829’da modern anlamıyla “kinetik enerji” yi tanımladı ve 1853’te William Rankine “potansiyel enerji” terimini kullandı. Enerjinin korunumu yasası da ilk olarak 19. yüzyılın başlarında kabul edildi ve herhangi bir izole sistem için geçerli olduğu kabul edildi. Birkaç yıl boyunca ısının fiziksel bir madde olup olmadığı, kalori olarak adlandırılıp adlandırılmadığı yada momentum gibi yalnızca fiziksel bir özellik olup olmadığı tartışıldı. 1845’te James Prescott Joule, mekanik iş ile ısı üretimi arasındaki bağlantıyı keşfetti.
Bu gelişmeler, büyük ölçüde William Thomson (Lord Kelvin) tarafından termodinamik alanı olarak resmileştirilen enerjinin korunumu teorisinin keşfine yol açtı. Termodinamik Rudolf Clausius, Josiah Willard Gibbs ve Walther Nernst’in kimyasal süreç açıklamalarının hızla geliştirilmesine yardımcı oldu. Bu aynı zamanda Clausius tarafından entropi kavramının matematiksel formülasyonuna ve Jožef Stefan tarafından ışıma enerjisi yasalarının geliştirilmesine yol açtı. Noether’in teoremine göre, enerjinin korunumu fizik yasalarının zamanla değişmemesinin bir sonucudur. 1918’den beri üretilen teoriler, enerjinin korunumu yasasının enerjiye eşlenik miktarda yani zamanın dönüşümsel simetrisinin doğrudan matematiksel sonucu olduğunu savunmuşlardır.
Enerji Türleri
| Enerji türü | Açıklama |
| Mekanik | Makroskopik öteleme ve dönme kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamıdır. |
| Elektrik | Elektrik alanlarından kaynaklanan veya burada depolanan potansiyel enerjidir. |
| Manyetik | Manyetik alanlardan kaynaklanan veya depolanan potansiyel enerjidir. |
| Yerçekimi | Yerçekimi alanlarından kaynaklanan veya depolanan potansiyel enerjidir. |
| Kimyasal | Kimyasal bağlardan kaynaklanan potansiyel enerjidir. |
| İyonlaşma | Bir elektronu atomuna veya molekülüne bağlayan potansiyel enerjidir. |
| Nükleer | Atom çekirdeğini (ve nükleer reaksiyonları) oluşturmak için nükleonları bağlayan potansiyel enerjidir. |
| Kromodinamik | Kuarkları hadron oluşturmak için bağlayan potansiyel enerjidir. |
| Elastik | Restoratif bir kuvvet sergileyen bir malzemenin (veya kabının) deformasyonundan kaynaklanan potansiyel enerjidir. |
| Mekanik dalga | Elastik bir malzemede yayılan deformasyon dalgası nedeniyle oluşan kinetik ve potansiyel enerjidir. |
| Ses dalgası | Ses yayılan bir dalga (belirli bir mekanik dalga şekli) nedeniyle bir sıvıda oluşan kinetik ve potansiyel enerjidir. |
| Işık | Işık dahil olmak üzere elektromanyetik radyasyonun yaydığı alanlarda depolanan potansiyel enerjidir. |
| Durgun | Bir nesnenin durağan kütlesinden kaynaklanan potansiyel enerjidir. |
| Termal | Parçacıkların mikroskobik hareketinden kaynaklanan kinetik enerjidir, mekanik enerjinin düzensiz bir eşdeğeridir. |
Diğer enerji türleri arasında jeotermal enerji, yenilenebilir veya yenilenemez enerjiler de yer almaktadır.
Enerji biçimleri arasında örtüşme olabilir ve bir nesne her seferinde birden fazla türe sahip olabilir. Örneğin, sallanan bir sarkaç, kinetik enerjiye, potansiyel enerjiye ve termal enerjiye sahiptir ve (bileşimine bağlı olarak) elektrik ve manyetik enerjiye sahip olabilir.
Enerji Korunumu Yasası
Enerjinin korunumu yasasına göre , enerji başka bir biçime dönüşebilse de, bir sistemin toplam enerjisi sabit kalır. Örneğin, çarpışan iki bilardo topu durabilir ve sonuçta ortaya çıkan enerji ses çıkarır ve belki de çarpışma noktasında biraz ısınır. Toplar hareket halindeyken kinetik enerjiye sahiplerdir. Hareket halinde veya sabit olduklarında potansiyel enerjiye de sahiplerdir çünkü yerin üstünde bir masa üzerindedirler.
Enerji yaratılamaz veya yok edilemez ancak biçim değiştirebilir ve aynı zamanda kütle ile de ilişkilidir. Kütle-enerji denkliği teorisi, bir referans çerçevesinde hareketsiz bir nesnenin durgun enerjiye sahip olduğunu belirtir. Nesneye ek enerji verilirse o nesnenin kütlesi artar. Örneğin, bir çelik rulman ısıtılırsa (termal enerji ekleyerek), kütlesi çok az da olsa artar.
Enerji Birimleri
1843’te Joule, bir dizi deneyde mekanik eşdeğerini bağımsız olarak keşfetti. Bunlardan en ünlüsü Joule cihazının kullanımıydı. Bir ipe bağlı olarak alçalan bir ağırlık suya batırılmış, ısı transferinden yalıtılmış bir raketin dönmesine neden oldu. Alçalan ağırlık tarafından kaybedilen yerçekimi potansiyel enerjisinin, kürekle su sürtünmesi sonucu kazanılan iç enerjiye eşit olduğu görüldü.
Uluslararası Birimler Sistemi’nde (SI), enerji birimi, James Prescott Joule’nin adını taşıyan joule’dur. Türetilmiş bir birimdir. Bir metrelik bir mesafeden bir Newton’luk bir kuvvetin uygulanmasında harcanan enerjiye (veya yapılan işe) eşittir. Bununla birlikte enerji, SI birimlerinde ifade edildiğinde bir dönüştürme faktörü gerektiren ergs, kalori ve İngiliz Termal Birimleri Sistemi’nde, kilowatt-saat ve kilokalori gibi SI’nın parçası olmayan diğer birçok birimde de ifade edilir. SI enerji oranı birimi (birim zamandaki enerji) watt’tır. Watt, joule/saniye’dir. Böylece, bir joule bir watt-saniyedir ve 3600 joule bir watt-saate eşittir. Elektronvolt, gıda kalorisi hesabında veya termodinamik kcal ve BTU gibi diğer enerji birimlerindeki bilimsel hesaplamalarda ve belirli ticari alanlarda kullanılır.
Fizikte enerji, bir nesneye aktarılması gereken niceliksel özelliktir. Enerji korunan bir niceliktir. Enerjinin korunumu yasası enerjinin dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. SI siseminde enerji birimi, bir nesneye 1 newton’luk bir kuvvete karşı 1 metre mesafeyi hareket ettirmek için aktarılan enerji olan joule’dür. Yaygın enerji biçimleri arasında hareketli bir nesnenin kinetik enerjisi, bir nesnenin bir kuvvet alanındaki konumu tarafından depolanan potansiyel enerjisi (yerçekimi, elektrik veya manyetik), katı nesnelerin gerilmesiyle depolanan elastik enerji, bir yakıt yandığında açığa çıkan kimyasal enerji bulunur.
Canlı organizmalar insanların yiyeceklerden aldığı enerji gibi, hayatta kalmak için enerjiye ihtiyaç duyar. İnsanlar fosil yakıtlar, nükleer yakıt veya yenilenebilir enerji gibi enerji kaynaklarından sağlanan enerjiye ihtiyaç duyarlar. Dünya’nın iklimi ve ekosistem süreçleri, Dünya’nın güneşten aldığı ısı ve ışık enerji ile yeryüzünde bulunan jeotermal enerji tarafından yönlendirilir.