Enerji dönüşümü
Enerji dönüşümü enerjinin bir biçimden diğerine dönüşümüdür. Fizikte enerji terimi bir sistemdeki belirli değişiklikleri oluşturma kapasitesini açıklar. Dönüşümde entropinin sınırlamaları göz ardı edilir. Sistemlerin toplam enerji dönüşümü, yalnızca enerjinin eklenmesi veya çıkarılması ile sağlanabilir. Termodinamiğin birinci kanununa göre (enerjinin korunumu yasası olarak da bilinir) enerji, dönüştürülebilen bir büyüklüktür. Bir sistemin toplam kütle miktarı, enerjisinin bir ölçüsüdür. Bir sistemdeki enerji dönüştürülebildiğinden dolayı, farklı bir hale veya başka bir biçime dönüşebilir. Çoğu haldeki enerji, birçok fiziksel iş yapmak için kullanılabilir. Enerji doğal süreçler veya makinelerde kullanılabilir. Ayrıca ısı, ışık veya harekete dönüşebilir. Örneğin bir güneş pili, güneş ışınımını elektrik enerjisine dönüştürür ve böylece ampul yanar veya bilgisayara güç sağlanır.
Enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren cihaza transduser denir.
Yapısında termal enerji barındıran çoğu enerji biçimi, başka enerji biçimine verimli olarak dönüştürülebilir. Bu verim, potansiyel enerjinin kinetik enerjiye dönüşümünde olduğu gibi bazen %100 olur.
Evrendeki enerji dönüşümü tarihi
Evrende Büyük Patlamadan beri çeşitli enerji biçimleri arasında dönüşümler meydana geldiğine inanılıyor. Büyük patlamada açığa çıkan hidrojenin gezegenler tarafından tutulmasında enerjide doğrudan bir dönüşüm oluştu. Yerçekimi potansiyel enerjisi doğrudan ısıya dönüştü.
Örnekler
Makinelerde enerji dönüşümleri
Örneğin kömür yakıtlı elektrik santralinde büyük miktarda enerji elde edilir ve açığa çıkan enerji dönüşümleri şu adımlarla gerçekleşir:
- Kömürün kimyasal enerjisi termal enerjiye dönüşür.
- Termal enerji, buharda kinetik enerjiye dönüşür.
- Jeotermal enerji
- Kinetik enerji, türbinde mekanik enerjiye dönüşür.
- Türbinin mekanik enerjisi, elektrik enerjisine dönüşür. Bu da enerjinin son biçimidir.
Çoğu sistemde, sonuncu adım çoğunlukla mükemmel verim verir. Birinci ve ikinci adımlar oldukça verimlidir, fakat üçüncü adım nispeten verimsizdir. En verimli gaz yakıtlı santrallerde %50 verim elde edilir. Yağ ve kömür yakıtlı santraller az verimlidir.
Otomobilde enerji dönüşümü
Otomobilde enerji dönüşümünde şu adımlar gerçekleşir:
- Yakıttaki potansiyel enerji yakıtın yanması sonucu genişleyerek kinetik enerjiye dönüşür.
- Gazın genişlemesi sonucu oluşan kinetik enerji pistonu doğrusal hareket ettirir.
- Pistonun doğrusal hareketi krank milinde dairesel harekete çevrilir.
- Krank milinin dairesel hareketi şanzımana aktarılır.
- Dairesel hareket şanzıman ile hızlandırılır.
- Hızlandırılan dairesel hareket diferansiyele aktarılır.
- Diferansiyel, dairesel hareketi tekerleklere aktararak dönmelerini sağlar.
- Tekerleklerin dairesel hareketi, taşıtı doğrusal hareket ettirir.
Diğer enerji dönüşümleri
Enerjiyi bir biçimden diğerine dönüştüren birçok makine ve transduser vardır: Bunlardan bazıları ve dönüştürdükleri enerji aşağıdaki listede verilmiştir:
- Termoelektrik etki (Isı → Elektrik enerjisi)
- Jeotermal enerji (Isı→ Elektrik enerjisi)
- Soğutma çevrimi, arabalarda kullanılan içten yanmalı motor veya buhar motoru (Isı → Mekanik enerji)
- Okyanus ısıl gücü (Isı → Elektrik enerjisi)
- Hidroelektrik santrali (Yerçekimi potansiyel enerjisi → Elektrik enerjisi)
- Elektrik üreteci (Kinetik enerji veya Mekanik iş → Elektrik enerjisi)
- Yakıt hücreleri (Kimyasal enerji → Elektrik enerjisi)
- Pil (Kimyasal enerji → Elektrik enerjisi)
- Ateş (Kimyasal enerji → Isı ve ışık)
- Lamba (Elektrik enerjisi → Isı ve ışık)
- Mikrofon (Ses enerjisi → Elektrik enerjisi)
- Dalga enerjisi (Mekanik enerji → Elektrik enerjisi)
- Rüzgâr gücü (Rüzgâr enerjisi → Elektrik enerjisi veya Mekanik enerji)
- Piezoelektrik sensör (Germe → Elektrik enerjisi)
- Yarı akustik gitar (Ses → Elektrik enerjisi)
- Sürtünme kuvveti (Kinetik enerji → Isı)
- Isıtıcı (örneğin klima) (Elektrik enerjisi → Isı)