Enerjinin yapısı: Temel kavramlarla enerji tanımı yapmak olanaksızdır; çünkü enerji de, tıpkı «zaman» gibi temel bir kavramdır. Ancak, niceliği temel birimlerle (sözgelimi kütleye, hıza, sıcaklığa vb. büyüklüklere bağlı olarak) saptanır (Bk. BOYUTLAR VE BOYUT ANALİZİ). Yüz yıllık bir geçmişi olan enerji kavramı, fiziğin temel taşlarından biridir.
İsaac Newton, hareket yasalarını ortaya koyduğu zaman, enerjiden hiç söz etmemişti. Enerji terimi (yunanca «iş» anlamına gelir), Newton'dan sekiz yıl sonra, Thomas Young (1773-1829) tarafından ortaya atıldı ve günümüzde bilinen kinetik enerji yerine kullanıldı: Kütlesi m, hızı v olan bir cismin kinetik enerjisi, 1/2 mu2'dir. Yarım yüzyıl sonra da, Rankine, potansiyel enerji terimini tanıttı.
Kinetik ve potansiyel enerji, mekanik fiziğe girer. Bunların ısıl enerji (ISI) ile olan ilişkilerini ise, joule (1818-1889), iki ilginç deney sonucu ortaya koymuştur. Joule, bir telden geçen akımın oluşturduğu ısının, akımın karesine bağlı olduğunu gösterdi ve ayrıca mekanik iş sonucu ısı üretilebileceğini kanıtladı. 1847'de, düşen bir kütlenin bir pervaneyi döndürmesi sonucu su içindeki sıcaklık yükselmesini ölçerek, ısının mekanik eşdeğerini buldu. Joule'dan sonra, enerji dönüşüm ilkeleri, buna bağlı olarak da enerji korunumu kavramı, hızla gelişti.

Enerji ve kütle: Einstein'm (1879-1955), görecelik kuramını açıklamasına kadar, enerjinin korunumu kavramı tartışmasız kabul edildi. Bu kavramla birlikte, maddenin korunumu ilkesi de gelişti: Madde, başka bir yapıya dönüştürülebilir, ama yok edilemez. Einstein'm kuramı, bu iki temel kavramda değişiklik yapılmasına yolaçtı. Einstein, ne tür olursa olsun, bütün fiziksel oluşumların tam olarak belirtile-bilmesi için, mutlaka bulundukları yerin ve zamanın bilinmesi gerektiğini gösterdi. Fiziksel olaylar artık yalnızca üç boyutlu uzamda değil, dördüncü boyutta, yani «zaman»da da gösterilmeliydi. Dolayısıyle, hareket halindeki bir kütle, böyle bir sistem içinde yeralır ve hareketsiz bir gözlemciye göre bu kütlenin görece hızı, kütlenin özelliklerinin saptanması açısından önemlidir.
Burada sınırlayıcı bir etmen vardır: Hiç bir kütle, ışık hızından daha hızlı hareket edemez. Bu hıza yaklaşıldığında, gözlenen kütle ve enerji, sonsuz büyüklüğe ulaşır. Buna dayanarak Einstein, hareketsiz bir cismin m kütlesinin, m x c2 (c = ışık hızı) formülüyle verilen enerji niceliğine eşdeğer olduğunu göstermiştir. Hareket halinde ise, etkin kütle (dolayısıyle etkin enerji), ışık hızına bağlı olarak, cismin hızı arttıkça fazlalaşmaktadır.
Böylece ortaya konan kütle enerji denklemi, çeşitli biçimlerde doğrulanmaktadır: RADYOAKTİFLİK olayı; ATOM BOMBASI'nın patlatılması; fizyon enerjisinin üretilmesi. Söz konusu tepkimelerde, toplam kütlenin azalmasına karşılık, korkunç bir enerji açığa çıkmaktadır. Yıldızlardan yayılan çok büyük enerjinin nedeni, kütlelerinden çok küçük bir niceliğin ışınıma dönüşmesidir.

Yeryüzündeki enerji: Enerji, yok edilememe özelliğine karşılık, genellikle kullanılmaz halde bulunur. Kullanılabilmesi, yani iş görebilmesi için, bir yerden ötekine iletilebilmesi, akabilmesi gerekir. Bu iletim işlemi durduğunda, enerji kullanılmaz olur.
Bütün sıcak kütlelerin soğuması ve bütün soğuk kütlelerin ısınması sonucunda, giderek ortak bir sıcaklığa ulaşılır. Bir ısı makinası, ancak sıcaklık farkları olduğu zaman çalışır; çünkü, ancak o zaman ısı enerjisi akabilmektedir. Zamanla evrendeki bütün enerjinin düşük dereceli ısıya dönüşeceğinden ve insanların bundan yararlanma olanağını yitireceğinden korkulmaktadır. -
Dünya ilk oluştuğu zaman, atomlarının potansiyel enerjisi, dönmesinin yarattığı kinetik enerji ve içindeki ısı enerjisi dolayısıyle, çok büyük bir enerji deposu durumundaydı. Ayrıca, oluşumundan günümüze kadar güneşten sürekli enerji almaktadır ve bunun bir bölümü, geçmişte kömür, petrol, doğal gaz yataklarında, daha yakın zamanda ise orman ve bitki örtülerinde depolanmıştır. Tarihöncesi'nden kalma büyük kaynaklar, düşük dereceli ısıya dönüştürülüp tükenene kadar kullanılabilir. Yeni kaynaklar ise güneşe bağlıdır ve tümünün kullanılması bile, günümüzün gereksinimlerinin karşılanmasına yetmez.

Enerji birimleri: Tarihsel gelişimle birlikte çeşitli fizik dallarının ortaya çıkışı, çeşitli bilimsel ve yasal enerji birimlerinin kullanılmasına yolaçmıştır: Sözgelimi, ısı birimi için kalori, elektrik enerjisi için watt-saat, mekanik enerji için kilogram-metre, mıknatıs endüstrisinde ise gauss-oersted birimleri kullanılmaktadır. Çağdaş enerji birimi anlayışı ve bir takım sayısal dönüşüm faktörlerinden kurtulma isteği, yalın bir temel birimin kabul edilmesine yolaçmıştır: «frul (XIX. yüzyıl ortalarında enerji eşdeğerliğini gösteren Joule'un adından).

Nüve Forum » kütüphane » Bilim ve Teknoloji » Fizik » Dinamik »