İş ve Enerji

oscar · 24 Ağu 2014

İş kuvvet vektörü ile konum vektörünün skaler çarpımına eşittir ve de skaler bır niceliktir. (W=f.x)
(sabit bir kuvvetin yapmış olduğu iş kuvvetin yer değiştirme doğrultusundaki bileşeni ile yer değiştirmenin büyüklüğünün çarpımına eşittir.)
Boyut analizi yaptığımızda ışın biriminin newton.metre olduğunu görüyoruz. SI birim siteminde bu joule olarak adlandırılıyor.
Cisme etkiyen kuvvetin hareket doğrultusunda olan bileşeni iş yapmaktadır.
Birim zamanda yapılan işe (iş yapma hızı) güç denmektedir. İş/zaman bağıntısıyla güç bulunabilir. (P=W/t)

Barajdaki suyun, masa üzerindeki bir kitabın, gerilmiş bir yayın, hareket halindeki bir cismin enerjisi vardır. Enerji iş yapabilme yeteneğidir.
Enerjisi olan sistemler iş yapabilme yetisine sahiptirler.

ENERJİ KAYNAKLARI

Birincil enerji kaynakları çekirdek kaynaşması, çekirdek bölünmesi, radyoaktiflik ve yer ile ayın devinimidir. Tüm enerji biçimlerinin kökenleri bunlardır.
Güneşteki enerji, hidrojeni ve öteki hafif elementleri daha ağır elementlerle kaynaştıran termonükleer tepkimelerle açığa çıkar. Yeri aydınlatan, yere ve uzaya tükenmez bir enerji sağlayan ışınım enerjisinin kaynağı budur. Yer atmosferindeki rüzgarlar güneş enerjisinin ısıl etkileri sonucunda oluşur. Hatta akarsuların taşıdığı enerji de, Güneş ışınımının dolaylı bir sonucudur. Öte yandan bölünebilir çekirdek yakıtlar da önemli bir strateji kaynağıdır. Örneğin bir uranyum atomunun çekirdeğinin bölünmesi sonucunda açığa çıkan enerji, bir benzin molekülünün yakılmasıyla elde edilen enerjinin milyonlarca katı kadardır.
Başta ağır elementlerinki olmak üzere çoğu radyoaktif izotop kararsızdır ve bozunum sürecinde enerji salar. Bu tür bir enerji salımı doğada toryum ve uranyum elementlerinin etkinliği sonucunda gelişir; öte yandan aynı olgu, çekirdek kaynaşması ve öteki nükleer yöntemlerle yapay olarak elde edilebilir. Bu nedenle, bozunma hızı ve enerji üretimi özellikleri değişik çok sayıda doğal ya da yapay radyoaktif izotop vardır. Doğal radyoaktif izotoplar yerin çok küçük bir bölümünü oluşturur ama açığa çıkarttıkları enerji yerin iç bölümünün yüksek sıcaklığını koruyacak yeterliktedir. Yerdeki jeotermal buhar kuyularından elde edilen enerjinin kaynağı bu radyoaktif etkinliktir.
Birincil kaynaklardan sürekli olarak yeniden yaratılan enerjiye, yenilenebilir enerji denir. Bunlar,Güneş enerjisi, rüzgarların ve akarsuların içerdiği enerji, jeotermal enerji, gelgit enerjisi, ağaçlardan ve öteki bitkilerden sağlanan yakıtlar ile denizlerdeki ısıl gradyanların içerdiği olanaklı enerji kaynaklarıdır. Bu yenilenebilir kaynakların içerdiği toplam enerji miktarı, dünya enerji gereksiniminin çok üstünde olmasına karşın, bunun ancak çok küçük bir bölümü uygun maliyetlerle elde edilebilmektedir. Bu nedenle de bu kaynaklar, dünya enerji talebinin ancak küçük bir kesimini karşılayabilmektedir.

Enerjinin ısı, elektrik, nükleer olmak üzere bir çok çeşidi vardır. Burada mekanik enerji üzerinde duralım.

Mekanik enerji kinetik ve potansiyel enerji olmak üzere iki çeşittir.

1. Kinetik Enerji

Cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye denir. Enerjiyi iş yapabilme yeteneği olarak tanımlamıştık. İş bağıntısından yola çıkarsak;
W=F.x ve F=m.a olduğuna göre;

W=m.a.x ifadesinde a=(v2-v1)/t x=(v1+v2).t/2 bağıntıları yerine konulursa W=(1/2).m.v22-(1/2).m.v12 ifadesi elde edilir.
Buradaki (1/2).m.v2 bağıntısı kinetik enerji bağıntısıdır. Birimi joule dür.
W=ΔK olarak ifade edilir (iş enerji prensibi). Buradan yapılan işin kinetik enerji değişimine eşit olduğunu görürüz.

2. Potansiyel Enerji

Potansiyel enerjiyi her an iş yapabilecek (iş yapabilme potansiyeline sahip) sistemlerde depolanan enerji olarak tarif edebiliriz. Burada potansiyel enerjinin iki çeşidinden bahsedeceğiz.
Yükseklik Potansiyel Enerjisi: Cismin konumundan dolayı sahip olduğu enerji olarak tanımlanır.

W=F.Δx
W=m.g.(h2-h1) h1>h2
W= -m.g. Δh W= -ΔU

Yükseklik potansiyel enerjisi bağıl bir kavramadır. Cismin belli bir noktaya göre potansiyel enerjisi düşünülür. Koordinat sistemine göre değişir.
Esneklik Potansiyel Enerjisi: Esnek cisimlerin gergin veya sıkışık konumda iken depoladıkları enerjidir. Bir yayın x kadar sıkıştırıldığını düşünelim. Bu durumda yayda depolanan enerji W=1/2 k.x2 dir.

Mekanik Enerjinin Korunumu

Dış kuvvetler etkisi ile mekanik enerji kaybının olmadığı sitemlerde mekanik enerji toplamı sabittir. Cismin kinetik enerjisindeki artma potansiyel enerjisindeki azalmaya veya tam tersi potansiyel enerjisindeki artma kinetik enerjisindeki azalmaya eşittir.
Toplam enerji değişimi = Kinetik enerji değişimi + Potansiyel enerji değişimi = 0