Doğa ve ÇevreMühendislik

Potansiyel Enerji Nedir ?

0
Potansiyel enerji

Mühendistan Aylık Ücretsiz Bülten Aboneliği

Bir önceki yazımızda bahsettiğimiz kinetik enerji gibi potansiyel enerji de mekanik enerji türlerinin en temel yapı taşıdır. Doğa ve evrende birçok alanda görülen ancak bizlerin sadece bir ders konusu olarak bildiği potansiyel enerjiyi gelin hep birlikte inceleyelim.

Potansiyel enerji bir cismin yüksekliğinden dolayı sahip olduğu bir enerjidir. Birim kütlede “pe”, belirli bir kütlede ise “PE” olarak gösterilir. Doğada yüksek de duran her cisim bir potansiyel enerjiye sahiptir ve bu enerji de bir çok alanda kullanılır.

İlginizi çekebilir –> Kinetik enerji nedir ?

Potansiyel Enerji Birimi ve Formülü

Bir cismin potansiyel enerjisi ağırlık, yer çekimi ivmesi ve yüksekliğe bağlı olarak değişir. Birimi ise kinetik enerji de olduğu gibi birim kütlede Joule/kg, belirli bir kütlede ise Joule ile ifade edilir.

Sabit bir g yer çekimi ivmesinin olduğu bir yerde m kütleli bir cismi belirli bir h yüksekliğine kadar çıkarmak isterseniz F = m.g kadar bir kuvvet uygulamanız gerekmektedir. Yapılan iş de h yüksekliği kadar yukarı çıkardığımız için W = m.g.h olur. Bu ifadede cismin h kadar yukarı çıkmasıyla kazandığı potansiyel enerjiye eşittir ve aşağıdaki formülle ifade edilir.

PE= m.g.h ( J )

pe= g.h (J/kg)

Denklemden de görüldüğü üzere potansiyel enerjinin kinetik enerjide olduğu gibi hız ile bir ilişkisi yoktur. Yükseklik, yer çekimi ivmesi ve ağırlıkla doğru orantılıdır.

Potansiyel Enerji Çeşitleri

Çekim Potansiyel Enerjisi

Çekim potansiyel enerjisi bir cismin veya canlının ağırlığından ve kütlesinden dolayı sahip olduğu enerji miktarıdır. Ağaçtaki bir elma veya belirli bir yükseklikte duran herhangi bir cisim veya canlı çekim potansiyel enerjisine sahiptir. Potansiyel enerjinin genel tanımı da çekim potansiyel enerjisine göre yapıldığından formülü de aynıdır.

Esneklik Potansiyel Enerjisi

Esneklik potansiyel enerjisi , bir yaya uygulanan kuvvet sonucu yay üzerinde depolanan bir enerjidir. Bir yayı sıkıştırdığınız zaman potansiyel enerjiyi depolar bıraktığınız zaman ise bu enerji kinetik enerjisine dönüşür. Yay üzerinde yapılan iş ile depolanan bu enerji birbirlerine eşittir ve aşağıdaki formülle ifade edilir;

W=PE= ½ . k . (x22 – x12)

Bu denklemde k yay sabiti, x1 ve x2 ise yayın başlangıç ve son durumdaki yer değiştirme mesafesidir.

Elastik Potansiyel Enerji
Elastik Potansiyel Enerji Gösterimi

Elektriksel Potansiyel Enerji

Bir elektrik alanda yükler kutuplarından dolayı birbirlerine sürekli kuvvet uygularlar. Bu kuvvet sonucu yükler elektriksel potansiyel enerji kazanır. Aşağıdaki görselle ve denklemle ifade edilir.

Elektriksel Potansiyel Enerjinin Gösterimi
Elektriksel Potansiyel Enerjinin Gösterimi

Tüm bunların dışında manyetik,ısı,nükleer ve kimyasal potansiyel enerjisi çeşitleri de bulunmaktadır.

Potansiyel Enerji Örnekleri

Potansiyel enerjinin kullanımını günümüzde hemen hemen her yerde görmekteyiz. Bunlar;

  • Hidroelektrik santrallerinde suyun potansiyel enerjisi kullanılarak enerji üretilir. Bunun gibi daha birçok enerji üretim alanında görülmektedir.
  • Endüstriyel imalat ve döküm gibi alanlarda kullanılan makineler potansiyel enerjilerinin farkına göre çalışırlar.
  • Hidrolik ve pnömatik sistemler de bünyesindeki akışkanın potansiyel enerjisi farkına göre iş yaparlar.
  • Yay sistemlerin kullanıldığı her yerde de bu enerji görülmektedir.
  • Asansör sistemleri potansiyel enerji kazanımına göre çalışır.
  • Eğlence sektöründe lunaparklardaki “rolling coaster” adlı tehlikeli sistem de potansiyel enerjiyi kullanarak insanlara heyecan dolu anlar yaşatır.
Rolling Coaster Örneği
Rolling Coaster Örneği

Potansiyel Enerji Soruları

Soru 1

Sürekli olarak 0,5 kg/s kütle debisine sahip bir su depo çıkışının 100 metre aşağısına yerleştirilmiş hidrolik-türbin jeneratör grubuyla elektrik üretimi sağlanmaktadır. Ne kadar güç üretilebileceğini hesaplayınız.

Çözüm

Sistemimizdeki elektrik enerjisi suyun yükseklik farkına göre üretilmektedir. O yüzden PE = m.g.h ifadesini uyguluyoruz.

PE = 0,5 x 9,81 x 100 –> 490,5 J/s –> 490,5 W

Soru 2

Bir yay 100 mm konumundan 200 mm konumuna getiriliyor. Yay üzerine yapılan iş ne kadardır. (Yay sabitini 3 kN/m olarak alınız.)

Çözüm

100 mm –> 0,1 m

200 mm –> 0,2 m

W=PE= ½ . k . (x22 – x12) –> ½ . 3 .(0,2)2 –(0,1)2 –> W= 45 J

Emre LEBLEBİCİOĞLU
Emre LEBLEBİCİOĞLU, 1993 yılının Ekim ayında Adana'nın Seyhan ilçesinde doğdu. İlk,orta ve lise öğrenimini burada tamamladı. 2011 yılında Karabük Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği bölümünü kazandı. 2012 yılında ise yine aynı üniversite de Mekatronik Mühendisliğinde çift anadal programına başladı. 2014 yılının ilk döneminde Erasmus programı kapsamında Bükreş Politeknik Üniversitesi'nde eğitim aldı. 2015 yılında haziran ayında Enerji Sistemleri Mühendisliğinden, ağustos ayı sonunda ise Mekatronik Mühendisliğinden mezun oldu. Mezuniyetten sonra ise yaklaşık 2 yıl solar enerji sektöründe faaliyet gösterdi. Askerlik vazifesini de yedek subay olarak tamamladı. Şuan da ise Marmara Üniversitesi İngilizce Makine Mühendisliği bölümünde tezli yüksek lisans yapmaktadır. İleri seviyede İngilizce ve başlangıç düzeyinde Almanca bilmektedir.

Kinetik Enerji Nedir ?

Önceki Yazı

Bilim İnsanları Wi-Fi Sinyalleri ile Elektrik Üretti

Sonraki Yazı

Yorum

Cevap Yaz

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bunları da beğenebilirsiniz

Bu konuda daha fazla Doğa ve Çevre