Termodinamiğin 1. Yasası | Enerji Korunumu

Termodinamiğin 1. yasası , doğayı ve evreni anlayıp yorumlayabilmemiz için büyük öneme sahiptir. Bu yasayı anlamak için önce enerji kavramını ve formlarını anlamak gerekir. 

Enerji ve Formları

Termodinamiğin 1. yasası enerjinin doğasını açıklar o yüzden önce bu kavramı iyi bir şekilde irdelemek gerekli. Enerjinin tanımı bizlere ilkokuldan beri iş yapabilme yeteneği olarak öğretildi. Bu kısmen doğru bir tanım ama aynı zamanda da çok eksik bir tanımdır. Enerjinin tam tanımını yapmak kolay değildir. Enerji bana göre; doğada gerçekleşen bütün fiziksel ve kimyasal olaylarda harcanan, üretilen ve açığa çıkan ısı, ışık, hareket, elektrik veya manyetizma gibi formlarda bulunan bir güçtür. Doğada gördüğünüz her şey enerji ve formlarının birbirleriyle etkileşimi sonucu bir araya gelmiştir.

Enerjinin ısı, ışık, hareket, elektrik ve manyetizma gibi formları bulunmaktadır.(bknz: Enerji Nedir? Çeşitleri Nelerdir?) Bu formlar sürekli olarak birbirlerine dönüşüm içerisindedirler. Enerji, termodinamiksel olarak makroskobik ve mikroskobik olarak iki gruba ayrılır. Makroskobik enerji, sistemin dış özelliklerine göre sahip olduğu enerjidir, kinetik ve potansiyel enerji buna örnek olarak gösterilebilir. Mikroskobik enerji de sistemin iç enerjisidir ve hareket ile, manyetizma, elektrik ve yüzey gerilmesi gibi etkenlere bağlıdır.

Termodinamiğin 1. Yasası ve Enerji Korunumu

Termodinamiğin 1. yasası enerji korunumu ilkesi olarak da bilinir. Bu kanuna göre: “Enerji asla kaybolmaz sadece form değiştirir.” Enerji korunumu ilkesine göre, bir hal değişimi sırasında kapalı bir sistemin toplam enerjisindeki net değişimin sisteme giren toplam enerji ile sistemden çıkan toplam enerjinin farkına eşit olduğunu ifade eder.

Sisteme giren toplam enerji (E_g) – Sistemden çıkan toplam enerji (E_ç) = Sistemin toplam enerjisindeki değişim (∆E_sistem)

E_g-E_ç=∆E_sistem

Çevremizde gördüğümüz veya uzayda gerçekleşen her şey enerji korunumu ilkesinin bir sonucudur. Örneğin; sabit bir manyetik alan içerisinde bir iletkeni hareket ettirirsek, elektrik üretiriz bu alana elektrik verirsek de hareket enerjisi elde etmiş oluruz. Doğru akım motorlarını buna örnek verebiliriz. Yani manyetik enerjiyi, elektrik enerjisine, elektrik enerjisini de hareket enerjisine dönüştürmüş oluruz. Bu üretimi yaparken de %100 enerji dönüşümü sağlayamayız. Piyasadaki elektrik motorları %85-%95 arası verimlerle çalışırlar. Geriye kalan %5 – %15’lik kısım ise ısı enerjisi olarak çevreye yayılır. Yani enerji yok olmuyor sadece biçim değiştiriyor.

Termodinamiğin 1. Yasası Günlük Hayattan Örnekler

Termodinamiğin 1. yasası için en güzel örnek Güneştir.Güneşte her bir saniyede 564 milyon ton hidrojen, 560 milyon ton helyuma dönüşmektedir. Bu dönüşüm sırasında ise kaybolan 4 milyon ton kütle dünyamıza ısı ve ışık enerjisi olarak gelmektedir. Diğer yıldızlarda da bu oranlarda olmasa da bu şekilde füzyon tepkimeleri meydana gelir ve bu reaksiyonlarda kaybolan enerji de yıldızın ısı ve ışık enerjisini oluşturur.

Spor yaptığımızda terlememiz ve vücudumuzun ısınması bile bu kanunun bir sonucudur. Spor yaptığımızda vücudumuz önce karbonhidratı yakar daha sonra da yağları yakmaya başlar. Bu yıkım reaksiyonları sonucu ısı açığa çıkar ve vücut ısınır. Vücut da termal dengeyi sağlamak için terleme mekanizmasını devreye sokar. Yani besinlerle aldığımız enerjiyi kullanarak vücudumuz için hareket enerjisi oluşturuyoruz. Bunu yaparken de ısı açığa çıkarıyoruz ve termodinamiğin 1. yasası gereği enerji kaybolmuyor sadece biçim değiştiriyor.

Bitkiler klorofilleriyle sadece güneş ile değil birçok ışık kaynağıyla da besin üretimi gerçekleştirir. Burada ışık kimyasal enerji olarak kullanılarak bitki için besin ve enerji üretimi gerçekleşir. Belli bir yükseklikten serbest bıraktığımız bir cisim yüksekte hareketsiz dururken bir potansiyel enerjiye sahiptir. Düşey olarak düşmeye başladığında bu potansiyel enerji sürekli olarak azalırken, kinetik enerjisi de hemen hemen aynı oranda artar. En son yere düştüğünde ise kinetik enerjisi de potansiyel enerjisi de sıfıra eşitlenir. Örnekler daha da çoğaltılabilir çünkü çevremizde algıladığımız her şeyin çalışma temelinde termodinamiğin 1. yasası vardır.

Bütün elektrik üretim santralleri termodinamiğin 1. yasası ile uyumlu bir şekilde çalışır. Termik, nükleer, güneş, rüzgar, jeotermal, biyogaz gibi santrallerin temel çalışma prensibi enerji korunum ilkesine dayalıdır. Örnekler daha da çoğaltılabilir çünkü çevremizde algıladığımız her şeyin çalışma temelinde enerji korunumu ilkesi vardır.

Sonuç olarak evrenin işleyişini ve harmonisini anlamaya çalıştığımız günümüz dünyasında enerji korunumu ilkesinin yeri çok önemlidir. Bilim insanı olsun yada olmasın herkes temel bir şekilde de olsa termodinamiğin 1. yasası olan enerji korunumu ilkesini bilmelidir.

Kaynak: Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik,Yunus A. Çengel sayfa 70-71

Termodinamiğin 1. yasası ile ilgili sorularınız varsa yorum olarak belirtmeyi unutmayınız.