Uygulamalar: İŞ GÜÇ - ENERJİ TAŞI DELEN SUYUN GÜCÜ DEĞİL DAMLALARIN SÜREKLİLİĞİDİR. x=0 ise iş yapılmaz. Özgür Fizik 1

Özgür Fizik 1

büyüklük olup W sembolüyle gösterilir. Birimi N.m=Joule(J) dür.

Kuvveti uygulayan etki , cisme W kadar enerji aktarmış olur.

F₁ kuvvetinin yaptığı iş W₁= +F₁.Δx F₂ kuvvetinin yaptığı iş W₂= 0 F₃ kuvvetinin yaptığı iş W₃= -F₃.Δx F_S kuvvetinin yaptığı iş W_S= -F_S.Δx

Uygulamalar:

1.Tabloda verilen kuvvetlerin iş yapma durumunu belirtiniz.

İş yapıldı ise “E” iş yapılmadı ise “H” yazınız.

Uygulanan kuvvet E/H

Yerden aldığı çantasını sırtına asan bir öğrenci Yerdeki kutuyu omuz hizasına kadar kaldıran işçi Elinde çanta ile düz yolda yürüyen öğrenci Elinde çanta ile merdivenleri çıkan öğrenci Kitap okuyan öğrenci

Market arabasını iterek taşıyan kişi

Arabayı iten ama hareket ettiremeyen adam Hareket eden trenin vagonunun içinde vagonu iten adam!

İŞ – GÜÇ - ENERJİ

Cisimlerin hareket doğrultusuna dik etki eden kuvvetler iş yapmaz (F₂)

W₁= F₁.∆X= +50.10 = +500J W2=0

WS= FS.∆X = -10.10 = -100J Wnet= 500-100= 400J

Wnet = Fnet. ∆X = 40.10 = 400j Bir sistemde Sürtünmenin yaptığı iş ısı enerjisine dönüşür.

∆x=0 ise iş yapılmaz

Cisme hareketi doğrultusunda uygulanan kuvvetler

iş yapar. (F1 , F₃ , F_S)

W + ise cisim enerji kazanır. W - ise cisim enerji kaybeder.

veya

Özgür Fizik 2

Uygulama:

1. Gücü 2000W olan bir ütü 5 dakikada kaç j enerji harcar?

2. Kütlesi 5kg olan bir cismi 10m yükseğe sabit hızla 20 s de çıkaran motorun gücü kaç W tır ? (g=10N/kg)

3. 500j enerji verilen bir elektrik motoru 400j iş yapıyorsa verimini hesaplayınız.

MEKANİK ENERJİ

İş yapabilme yeteneğine enerji denir. Enerji yapılan işe eşit olduğu için enerji birimleri aynı zamanda iş birimleridir. Bu bölümde mekanik enerji incelenecektir.

Bir cismin kinetik enerji ve potansiyel enerjisinin toplamına Mekanik enerji denir.

Pozitif iş miktarı ile cisimlerinveya sistemlerin enerji miktarı artırılırken negatif iş miktarı ise cismin veya sistemin mekanik enerjisini azaltır. Cisimlerin veya sistemlerin üzerine yapılan iş, kinetik ve/veya potansiyel enerjiyi değiştirdiği için dolayısıyla mekanik enerjide farklılığa neden olur.

A- Öteleme Kinetik Enerjisi (E

):

Hareket halindeki cisimlerin sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir.

Kütlesi m, hızı v olan bir cismin Öteleme kinetik enerjisi,

Uygulamalar

3.

E

= E

+ E

Bir cisme dışarıdan bir kuvvet( sürtünme kuvveti

dahil) uygulanırsa cismin mekanik enerjisi değişir.

Özgür Fizik 3 Potansiyel Enerji (E

): Bir cisimde veya sistemde depolanan ve istendiğinde kullanılabilen enerjiye potansiyel enerji denir. Kısaca cisimlerin durumlarından dolayı sahip oldukları enerji türüne denir. Gerilmiş bir yay, yerden h yüksekliğine çıkarılmış bir cisim potansiyel enerjiye sahiptir.

a) Kütle Çekim Potansiyel Enerjisi:

Özgür Fizik 4 B) Esneklik Potansiyel Enerjisi:

Esnek cisimler üzerinde depo edilen potansiyel enerjidir. Uzayan esnek bir lastikte, uzamış ya da sıkışmış esnek bir yayda depo edilen potansiyel enerji esneklik potansiyel enerjidir.

Uygulamalar:

K L M N O

Yaydaki Enerji

Özgür Fizik 5 ENERJİNİN KORUNUMU VE ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ

Evren, uzay ve uzayda bulunan tüm madde ve enerji biçimlerini içeren bütünün adıdır. Evren yalıtılmış bir sistemdir. Evrendeki toplam enerji miktarı sabittir. Enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir. Evrenin bir yerinde enerji miktarı artarken diğer tarafında azalabilir. Ancak evrenin toplam enerjisi değişmez. Evrenin enerjisi sabittir ve evrendeki toplam enerji korunur.

Bir sistemdeki enerji; kinetik ve potansiyel gibi çok farklı türler halinde bulunabilir. Bu enerji türleri kendi aralarında dönüşüme uğrayabilir. Örneğin elektrik enerjisi ütüde ısıya, ampulde ışığa, çamaşır makinesinde hareket enerjisine dönüşür. Enerji kaybolmadan bir türden başka bir tür enerjiye dönüşür. Toplam enerji daima sabittir.

Dış kuvvetler iş yaptığında mekanik enerji yapılan iş miktarı kadar değişir.

W =∆E_mekanik olur.

W = 0 ise ∆E_mekanik = 0 olmaktadır.

1. Sürtünmelerin ihmal edildiği sistemlerde kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı sabittir. Sürtünme olmadığı için ısıya dönüşen enerji olmaz.

2. Sürtünmenin olduğu sistemlerde mekanik enerji sabit değildir. Zamanla mekanik enerji azalır. Azalma miktarı kadar enerji,sürtünmeden dolayı ısı enerjisine dönüşür. Sürtünme kuvvetine karşı yapılan iş, sürtünmeli yüzeylerin ısınmasına neden olur.

Harcanan enerjinin tamamı sürtünmeden dolayı bizim arzuladığımız işe dönüştürülemez.

Aşağıdaki cismin enerji dönüşümünü inceleyelim.

Enerji Dönüşüm Örnekleri Tüm sistemlerin temel enerji kaynağı güneştir.

1.

2.Yay İle Ok Atarken Enerji Dönüşümü :

Esneklik pot. enerjisi → Kinetik enerji + Çekim potansiyel enerjisi

3. Pil,akü… ile çalışan aletlerde Enerji Dönüşümü :

Kimyasal enerji → Elektrik enerjisi → Isı + Işık + Mekanik + Ses

4. Rüzgar Tribünlerinde Enerji Dönüşümü :

Rüzgâr enerjisi → Mekanik enerji → Elektrik enerjisi 5.Dalga Santrallerinde Enerji Dönüşümü:

Dalga enerjisi → Mekanik enerji → Elektrik enerjisi

6.Nükleer Santrallerde Enerji Dönüşümü:

Uranyum çekirdeği enerjisi → Isı E → Mekanik E → Elektrik E

7.Hidroelektrik Santrallerde Enerji Dönüşümü:

Potansiyel enerji → kinetik (Hareket) enerjisi → Elektrik enerjisi

8. Jeotermal enerji Santrallerinde Enerji Dönüşümü:

Isı enerjisi → Mekanik enerji → Elektrik enerjisi

9.Termik Santrallerde Enerji Dönüşümü:

Kimyasal E(Fosil yakıt) →Isı E → Mekanik E→ Elektrik E

10. Güneş panellerinde Enerji Dönüşümü:

Güneş enerjisi → Elektrik enerjisi

∆E

= 0 E

= E

+ E

= sabit

∆E

= - ∆E

Jeneratörler hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirir.

Ödev 1: Enerji tasarrufu,Enerji verimliliği,Enerji kimlik belgesi konularında araştırma yapınız.

Ödev 2: Devir Daim Makineleri

E

E

E

Özgür Fizik 6

Dünya, gün geçtikçe daha fazla enerji ihtiyacı ile karşı karşıya kalıyor. Şu an kullanılan en büyük enerji kaynaklarını ise fosil yakıtlar oluşturuyor. Hala yenilenebilir enerji kaynakları için gerekli önem gösterilmediğinden hava, su ve çevre kirliliği başta olmak üzere birçok sorun enerji ihtiyacı ile beraber ortaya çıkıyor.

Yenilenebilen enerji kısaca özetlemek gerekirse; enerji üretimi için doğal süreçlerden yararlanılan, kullanılan kaynakların tükenme hızından çok daha hızlı bir sürede kendini yenileyebilen enerji kaynakları karşımıza çıkıyor.

Yenilenebilir enerji kaynakları kısaca şunlardır;

1. Güneş enerjisi, 2. Rüzgar enerjisi,

3. Hidrolik (hidroelektrik) enerjisi, 4. Jeotermal enerjisi,

5. Biyokütle enerjisi (biyoyakıt enerjisi de dahil), 6. Hidrojen enerjisi,

7. Dalga enerjisi, 8. Gelgit enerjisi, 9. Piezoelektrik enerjisi

GÜNEŞ ENERJİSİ,

dünyaya gelen güneş ışınlarının güneş panelleri yardımı ile ısı ve elektriğe dönüştürülmesi sonucu oluşur. Doğal enerji kaynakları arasında yer alan güneş enerjisi, çevreye hiçbir zararı olmadan elde edilebilir.

Önceleri çok daha maliyeti yüksek olan bu enerji türü şimdilerde daha uygun maliyetler sayesinde hızla artmaktadır. Ayrıca güneş enerjisinin kullanım alanları da çok fazladır ve her geçen gün artmaktadır.

Güneş Enerjisinin Avantajları

 Yenilenebilir enerji kaynağıdır,

 Doğal malzemeler kullanılır,

 Çok ekonomiktir,

 Dış kaynaklara bağımlı değildir ve her ülke kullanabilir,

 Çevresel açıdan temiz enerji kaynağıdır.

Güneş Enerjisinin Dezavantajları

 Üretim için verimi düşüktür,

 Tüm yıl boyunca stabil değildir. Mevsimsel ve gece-gündüz kesilmeler gösterebilir,

 İlk yatırım maliyeti oldukça yüksektir,

 Orta ve küçük çaplı tüketiciler için çok pahalıdır,

 Bazı durumlarda depolanması gereklidir, bu da maliyeti çok arttırmaktadır,

 Gölgelenme durumlarında ciddi verim kaybı görülebilir.

RÜZGAR ENERJİSİ

Güneş ışınlarının dünyaya geliş açısındaki farklılıklar sayesinde oluşan basınç ve dünyanın dönüşü ile ortaya çıkan rüzgarlar sayesinde elde edilen enerji türüdür.

Rüzgar Enerjisinin Avantajları

 Sürekli bir enerji kaynağıdır,

 Doğal kaynaklardan olduğu için dışa bağımlılığı yoktur,

 Rüzgar enerjisi sektörü sürekli geliştiği için birim maliyetler de sürekli düşmektedir,

 Temiz enerji kaynaklarındandır ve çevreye zararı yok denecek kadar azdır,

 Yer yüzünün neredeyse %95’inde rüzgar enerjisinden faydalanılabilir.

Rüzgar Enerjisinin Dezavantajları

 Rüzgar türbinleri için büyük alanlar gereklidir,

 Görsel açıdan kirlilik yaratmaktadır,

 Göç eden kuşlar için büyük tehdit içermektedir ve toplu kuş ölümlerine sebebiyet vermektedir,

 Rüzgar türbinleri gürültü kirliliğine sebep olmaktadır,

 Verimleri değişmekle beraber genelde düşüktür,

 Rüzgar türbinlerinde devrilme ve yanma gibi istenmeyen durumlar görülebilir.

HİDROELEKTRİK ENERJİ

Hidroelektrik enerjisi, suyun akış gücü kullanılarak elde edilen ve sera gazı salınımı yapmaması sayesinde dünyaya hiçbir zararı olmayan enerji çeşididir.Hidroelektrik enerjisi, Biriken suyun potansiyel enerjisi ,suyun akışıyla kinetik enerjiye ve suyun kanallar vasıtası ile türbinlere iletilmesi ile Elektrik enerjisine dönüştürülür.

Hidrolik Enerjinin Avantajları

 Çevre kirliliği oluşturmaz,

 Aşırı enerji ihtiyacı gibi durumlarda çok hızlı devreye alınabilir,

 Acil durumlarda yine çok hızlı devre dışı bırakılabilir,

 Doğal kaynaklardan olduğu için dışa bağımlılığı yoktur,

 Sadece enerji değil, sulama ve diğer faaliyetler içinde kullanılabilir.

Hidrolik Enerjinin Dezavantajları

 İlk yatırım maliyeti çok yüksektir,

 Kurulum süresi çok uzundur,

 Enerji üretme kapasitesi yağış miktarına bağlıdır,

 Hidroelektrik barajlar bulunduğu çevrenin ekolojik dengesini değiştirebilir,

 Deprem ve benzeri durumlarda sel tehlikesi oluşturup, yerleşim bölgelerini su altında bırakabilir.

JEOTERMAL ENERJİ

Jeotermal enerji, jeotermal kaynakların bulunduğu yerlerde direkt ya da dolaylı yollardan elde edilen enerji türüdür.Isıtma, soğutma, elektrik üretimi ve mineral üretimi gibi farklı amaçlara hizmet eden bu enerji türü aynı zamanda kaplıcalar yardımı ile turizm sektörüne de yardımcı olmaktadır.

Ülkemizdeki temiz enerji kaynakları arasında önemli bir rolü vardır.

Jeotermal Enerjinin Avantajları

 Çevre dostu enerji kaynakları arasında yer alır,

 Jeotermal ile elektrik üretmek için suyun ısıtılması veya buharlaştırılması için fosil yakıtlara ihtiyaç yoktur,

 Doğal enerji kaynağı olduğu için dışa bağımlılığı yoktur,

 Üretim verimleri çok yüksektir,

 Direk yer altından elde edildiği için yatırım maliyeti de düşüktür.

Jeotermal Enerjinin Dezavantajları

 Jeotermal kaynakların yapılarında bazı zararlı kimyasallar bulunmaktadır. Bu yüzden reenjeksiyon işlemlerine tabii tutulması gereklidir,

 Tükenebilir enerji kaynağı olduğu için tekrar yenilenememektedir,

 Bu kaynaklardan çıkan akışkan maddeler genelde aşındırıcı ve kirlilik yaratıcı mineraller içerir,

 Araştırma ve hazırlık maliyetleri yüksektir,

 Enerji iletimi verimsiz olabilir,

 Bu yüzden jeotermal sistemler yerleşim bölgelerine yakın olmalıdır.

Biyokütle enerjisi,

Biyokütle enerjisi, her türlü organik atıktan, bitkilerden, yosunlardan ve alglerden elde edilen enerji çeşididir. Bitkilerin yakınması ya da hayvan atıklarının enerji için kullanılması en bilinen biyokütle enerjisi örneğidir.

Biyoetanol, biyodizel, piroliz ürünleri, mikrobiyal yakıt hücreleri ve biyogaz, biyokütle enerjisi ile geliştirilen alternatif enerji kaynakları arasında yer almaktadır.

Biyokütle Enerjisinin Avantajları

 Neredeyse her yerde kullanılabilir,

 Üretim teknolojileri çok iyi bilinmektedir,

 Düşük ışık şiddeti yeterlidir,

 İstenilen her büyüklükte yapılabilir,

 Depolanmaya uygundur,

 5-35 santigrad sıcaklıkları yeterli olmaktadır,

 Sosyo-ekonomik açıdan önemlidir,

 Çevresel açıdan çok az zararlıdır.

Biyokütle Enerjisinin Dezavantajları

 Verimleri düşüktür,

 Tarım alanları için rekabet oluşturmaktadır,

 Su ihtiyacı fazladır,

 Sadece geniş yerleşim bölgelerinde uygulanabilir.

ENERJİ KAYNAKLARI

Özgür Fizik 7

Hidrojen enerjisi, doğada bileşikler halinde bulunan hidrojen gazının işlenmesi ve dönüştürülmesi ile oluşan enerji kaynağıdır. Doğal enerji kaynağı olmamasına rağmen, sürdürülebilir ve alternatif enerji kaynakları arasında yer alır. Karbon içermediği için fosil atıkların işlenmesinde oluşan zararlı gaz salınımı gibi bir tehlike oluşturmaz. Petrol yakıtlarına göreceli olarak 1,33 kat daha verimlidir. Temiz enerji kaynakları arasında çok önemli bir yere sahiptir. Gelecekte hidrojen ile çalışan otomobiller için yakıt olma niteliğindedir.

DALGA ENERJİSİ

Dalga enerjisi, denizlerde oluşan dalgalanma hareketinden ve dalgaların oluşturduğu basınçtan elde edilen enerji türüdür. Dalga enerjisi, dalga jeneratörleri yardımı ile doğal sürdürülebilir enerji üretimi sağlanmaktadır.

Çevreye ve doğaya zararı olmayan dalga enerjisi, yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde en az kullanılandır. Ancak dünyanın %70‘inin su olduğu düşünülürse, gereken önem verildiğinde enerji ihtiyacımızın çoğunu karşılayabilir.

Dalga Enerjisinin Avantajları

 Tükenmeyen enerji kaynağıdır ve doğada bol miktarda bulunur,

 Fosil yakıtlara olan bağlılığı azaltır,

 Temiz enerji kaynağı olduğu için çevreyi kirletmez,

 İşsizliği azaltır ve yeni iş istihdamı sağlar,

 Deniz ve okyanuslarda uygulandığı için denizlerde yeni keşiflere ön ayak olur,

 Kıyıların korunmasını sağlar.

Dalga Enerjisinin Dezavantajları

 Yerleşim bölgelerine yakın olmalıdır,

 Hava koşullarından çok çabuk etkilenebilir,

 Yetişmiş eleman bulmak çok zordur,

 Her dalga boyu için yeni bir sistem geliştirilmek zorunludur.

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Önemi Nelerdir?

 Yenilenebilir enerji kaynakları pek çok açıdan önemlidir. Bir ülkenin kalkınması için en önemli madde enerjidir. Bu yüzden yenilenebilir enerji kaynakları önemlidir,

 Fosil yakıt kullanımını azalttığı için çevresel açıdan önemlidir,

 Yerli kaynakların geliştirilmesinde büyük öneme sahiptir,

 Dışa bağımlılığı azalttığı için önemlidir,

 Uluslararası anlaşmalara uyum sağladığı için önemlidir,

 Yeni iş istihdamı sağlar ve işsizliği azaltır,

 Elektrik götürmenin zor olduğu coğrafi bölgelere elektriğin kullanılmasını sağladığı için önemlidir.

Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Çevresel Etkileri Nelerdir?

Güneş Enerjisinin Çevresel Etkileri

 Güneş enerjisinde atmosfere herhangi bir zararlı gaz

salınmamaktadır. Sadece kurulum aşamasında ihmal edilebilecek miktarda zararlı etkisi bulunmaktadır,

 Akü destekli güneş enerjili sistemlerde, akülerin içerisindeki sıvının suya karışma ihtimali azda olsa bulunmaktadır,

 Sadece kurulum aşamasında ambalaj atıkları bulunmakla beraber herhangi bir atık söz konusu değildir,

 Güneş enerji tarlaları çok büyük alana ihtiyaç duyduğu için görüntü kirliliğine neden olabilir,

 Güneş santralleri sadece kurulduğu bölgenin alanı açısından doğal ortamda yaşayan hayvanların alanını kısıtlamaktadır.

Rüzgar Enerjisinin Çevresel Etkileri

 Rüzgar enerjisi herhangi bir zararlı gaz salınımı yapmadığı için atmosfere etkisi de yoktur,

 Rüzgar enerjisinin su kirliliğine hiçbir etkisi bulunmamaktadır,

 Rüzgar santrallerinin herhangi bir atıkları yoktur.

 Çok büyük oldukları için ciddi anlamda görüntü kirliliği oluşturmaktadır,

 Çok gürültülü çalıştıkları için ses kirliliği oluşturmaktadır,

 Rüzgar türbinleri oluşturdukları hava akımından dolayı kuşları kendisine çekmektedir. Kuşlar türbinlere çarpıp ölmektedir.

Jeotermal Enerjisinin Çevresel Etkileri

Yapısında bazı gazlar bulunduğu için jeotermal kaynaklar kullanılırken atmosfere karbondioksit ve hidrojen sülfür gibi zararlı gazlar salmaktadır, Azda olsa gürültü kirliliğine sebep olmaktadır.

Hidrojen Enerjisinin Çevresel Etkileri

Hidrojen enerjisi en temiz enerji kaynağıdır. Çünkü bu enerji türü yakıldığı zaman sadece su açığa çıkmaktadır. Çevreye hiçbir etkisi bulunmamaktadır.

Biyokütle Enerjisinin Çevresel Etkileri

Biyokütle enerjisi birçok çeşitte elde edilebilmektedir. Bunların içerisinde çöplerin ve atıkların kullanılması ile elde edilen enerji üretim yönteminde, bazı zararlı gazlar açığa çıkmaktadır. Bunun dışında çevreye etkisi çok azdır.

Dalga Enerjisinin Çevresel Etkileri

Çok azda olsa gürültü ve görüntü kirliliği bulunmaktadır. Bunun dışında mekanik olarak çalıştığı için herhangi bir yakıt gereksinimi duymamaktadır.

Dolayısıyla çevreye atık ve gaz salmamaktadır.

Yenilenebilir Enerji Teknolojileri Karşılaştırma Tablosu

B. YENİLENEMEZ ENERJİ KAYNAKLARI:

Fosil yakıtlar ve radyoaktif elementler yenilenemez enerji kaynaklarıdır. Bu kaynakların bu şekilde isim almalarının nedeni kullandıkça bitmeleri ve yenilerinin gelmesinin çok uzun sürmesidir.

1. Fosil yakıtlar:

Kömür, petrol, doğalgaz gibi fosil yakıtlar en çok termik santrallerde elektrik enerjisi üretmek için kullanılmaktadır. Günlük hayatta kullandığımız benzin, mazot, LPG, plastik, naftalin, boya, teflon gibi maddeler petrol kaynaklıdır.

Kömür, petrol, doğalgaz gibi binlerce yılda oluşmuş fosil yakıtlar insanlığın gelişmesi ile hızla azalırken atıkları ile hava su ve toprak kirliliğine yol açar.

Fosil yakıtlardaki karbon yanma tepkimeleri ile atmosferde CO2 ve CO bileşiklerinin birikmesine neden olur. Bu gazların havada çok fazla birikmesi sera etkisine ve küresel ısınmaya neden olması açısından oldukça tehlikelidir.

2. Nükleer Enerji:

Uranyum, plütonyum gibi radyoaktif elementlerin çekirdeklerindeki proton ve nötronları tutan enerjinin ortaya çıkarılması esasına dayanır. Dünyadaki elektriğin %20 si nükleer santrallerde üretilir. Nükleer santraller Dünyanı pek çok yerinde bulunmasının yanında atmosferin kirlenmesine sebep olur.

Nükleer enerji santrallerinde elektrik ucuzdur fakat santralin maliyeti oldukça pahalıdır.

Nükleer atıklar çok uzun bir süre çevreye tehlikeli ışınlar salmaktadır.

Bu nedenle bu atıkların çok iyi muhafaza edilmesi gerekmektedir. Kötü teknoloji ve doğal afetlerle oluşabilecek sızmaların radyoaktif çevresel kirliliğe yol açma tehlikesi vardır.

Nükleer enerji, asit yağmurlarına neden olmaz. Çevreye zararlı gazlar vermez ve sera etkisi oluşturmaz. Elde edilen enerjinin maliyeti fosil yakıtlı santrallere göre daha düşüktür. Az yakıtla çok enerji elde edilir.