[9.SINIF FİZİK 2.ÜNİTE]

Transkript

1 [9.SINIF FİZİK 2.ÜNİTE] İş, Enerji, Enerji Çeşitleri, Enerji Dönüşümleri, Enerji Kaynakları, Sıcaklık, Isı

2 1. İş Nedir? Bir cisim, bir kuvvet etkisiyle kuvvet doğrultusunda hareket ediyorsa, bu kuvvet cisim üzerinde iş yapmış olur. Günlük yaşantımızdan işe birçok örnek verebiliriz. Bir arabanın itilmesi, bir kovanın kaldırılması, bir elmanın ağaçtan yere düşmesi, bir kitabın çantadan çıkarılıp kitaplığa konması, çekiçle çivi çakılması, bir yayın sıkıştırılması iştir. Bu örneklerin hepsinde bir kuvvet etkisinde cisimlerin hareketi söz konusudur. Bir kuvvetin yaptığı işi bulmak için, kuvvetin büyüklüğü ile cismin yaptığı yer değiştirmeyi bilmek gerekir. İş, kuvvetle kuvvetin cisme aldırdığı yol çarpılarak bulunur. İş bağıntısı þu şekilde ifade edilir: İş = kuvvet x yol Bunu sembolle gösterirsek, W = F. x olur. Örnek Soru: 1. Bir öğrenci 80 N ağırlığındaki çantasını evinden okula taşıyor. Ev ile okul arası 500 m ise öğrencinin yaptığı iş kaç j olur?

3 2. Bir yük asansörü 1200 N luk bir yükü binanın üst katına çıkarıyor. Bu sırada yapılan iş 9600 j dür. Asansör bu işi yaparken kaç metre yol almıştır? 3. Duran bir at arabasına 300 N kuvvet uygulayan bir kimse kuvvet doğrultusunda 5 m yol aldırdığına göre yaptığı işi bulunuz. 4. Yerde bulunan bir taşı 10 m yükseğe çıkarmakta 100 j luk iş yapan bir kişi,bu cisme ne kadar kuvvet uygular? N ağırlığındaki bir yükü 5 m yüksekliğindeki direğe tırmanarak çıkartan kişinin yaptığı işi bulunuz.

4 Enerji İş yapabilme yeteneğine enerji denir.ancak değişiklik yapma yeteneği daha kapsamlı bir tanımdır. Harcanan enerji kadar iş yapılabilir. Bu yüzden iş ve enerji birbirine eşittir. E=W Burada E, enerji kelimesinin baş harfidir. Enerji birimi, iş birimi gibi joule dür. Günlük hayatta besinlerdeki enerjiden söz edilirken enerji birimi olarak kalori (cal) kullanılır. 1 kalori, 4.18 joule eşittir. ( 1cal= 4,18 j) **** İş ve enerjinin yönü yoktur. Dolayısıyla iş ve enerji skaler bir büyüklüklerdir. Enerji Çeşitleri Çevremizdeki belli başlı enerji çeşitleri şunlardır: Isı enerjisi, Elektrik enerjisi, Nükleer enerji, Kimyasal enerji, Işık enerjisi, enerjisi, Mekanik enerji Ses 1. Potansiyel enerji a. Çekim potansiyel enerji b. Esneklik potansiyel enerjisi 2. Kinetik enerji 3. Mekanik enerji 4. Isı enerjisi 5. Elektrik enerjisi 6. Nükleer enerji 7. Kimyasal Enerji 8. Işık enerjisi 9. Ses enerjisi 10. Kütle enerjisi Bir enerji türü başka bir enerjiye dönüşebilir. Örneğin, kömürdeki kimyasal enerji, kömür yandığında ısı ve ışık enerjisine dönüşür. Elektrik enerjisi, elektrikli aletlerde ısı, ışık, ses, hareket gibi enerji çeşitlerine dönüşür. Canlıların yaşaması için enerji gereklidir. Canlılar tükettikleri enerjiyi yedikleri besinlerden sağlar. Vücuda alınan besinler, hücrelerde oksijenle yakılarak enerji üretilir. Otomobil, kamyon, uçak gibi taşıtlarda kullanılan benzin, mazot gibi yakıtlar kimyasal enerjiye sahiptir. Bunlar yandığında ısı enerjisi açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji daha sonra hareket enerjisine dönüştürülür. Hareket eden araçlar yük taşır, iş yapar.

5 1.Çekim Potansiyel Enerji Potansiyel, kelime olarak gizli anlamına gelmektedir. Potansiyel enerji, bir cismin durumundan dolayı sahip olduğu gizli enerjidir. Barajların arkasında biriken suyun potansiyel enerjisi vardır. Su bir borudan akmaya başladığında bu enerji açığa çıkar. Masa üzerinde duran çekiç yere göre bir potansiyel enerjiye sahiptir. Masadan yere düşen çekiç bu enerjisini kaybeder. Cisimler, yerden yükseğe çıkarıldıkça potansiyel enerjileri artar. Bir cismin potansiyel enerjisi, cismin ağırlığı ile yerden yüksekliği çarpılarak bulunur. G= m.g ise Burada; Ep: potansiyel enerji m:kütle h: cismin yerden yüksekliğini göstermektedir. h, İngilizce deki yükseklik kelimesinin baş harfidir. Yükseklik = height (h) Potansiyel enerjinin de birimi joule (J) dür. ÖRNEK: Yerden 3 m yüksekte bir ağaç dalında duran 1 N ağırlığındaki portakalın potansiyel enerjisi nedir? SORU: Bir okulun her katı 3 m yüksekliğindedir. Kütlesi 40 kg olan bir öğrenci 1. kattan 4. kata çıktığında, ne kadar potansiyel enerji kazanmış olur? Öğrenci 4. kata çıktığında, kendi üzerinde ne kadarlık iş yapmış olur? (g = 10 N/kg)

6 2. Kinetik Enerji Bir cismin hareketinden dolayı sahip olduğu enerjiye kinetik enerji denir. Hareket eden bütün cisimlerin kinetik enerjisi vardır. Uçan kuşun, koşan insanın, daldan düşen elmanın, dönen pervanenin, akarsuyun kinetik enerjisi vardır. Bir cismin kinetik enerjisi, cismin kütlesine ve hızına bağlıdır. Ek 1 2 mv 2 m=kütle(kg) V=Hız(m/s) SORU: Potansiyel enerjileri eşit olan m1, m2, m3 ve m4 kütleli demir bilyeler şekildeki gibi v hızıyla atıldıkları anda hangi bilyenin kinetik enerjisi en büyüktür? Yükseklikleri farklı olmasına rağmen Potansiyel enerjileri eşit olduğuna göre m 1 >m 2 >m 3 >m 4 tür. Ve Bu bağlamda hızları eşit olduğu için kütlesi büyük olanın kinetik enerjisi de büyüktür. E k1 >E k2 >E k3 >E k4 ÇALIŞMA SORULARI 1. Hızı 5 m/s olan 4 kg kütleli cismin kinetik enerjisi kaç J dur? 2. 2kg lık bir cismin sahip olduğu enerji 100J olduğuna göre cismin hızı kaç m/s dir?

7 Esneklik Potansiyel Enerjisi Esnek cisimlerin sıkıştırılmalarında veya gerilmelerinden kaynaklanan enerji türüdür. Yay lastik gibi. Mekanik Enerji Bir cismin kinetik ve potansiyel enerji toplamına eşittir. Sürtünmesiz ortamlarda mekanik enerji değişmez. Potansiyel ve kinetik enerji arasında sürekli bir dönüşüm gerçekleşir. Sürtünmeli ortamlarda ise enerji sürtünmeye de harcanacağından mekanik enerji sürtünmeye harcanan enerji kadar azalır. E k= E p+ E k GÜÇ Aynı işi başkasına göre kısa sürede yapan kişiye daha güçlü deriz. Güç, birim zamanda yapılan işe ya da harcanan enerjiye denir. Güç skaler bir büyüklüktür. Burada; W: işi T:zamanı P:güç P, İngilizce deki güç kelimesinin baş harfidir. Güç : Power ( P) Uluslar arası birim sisteminde güç birimi watt tır.

8 1 kilowatt = 1000 W Genelde elektrikli aletlerin gücü kw-saat ile ifade edilir. kw-saat yerine kısaca kwh de kullanılır. Saat : hour ( h) Evimizde kullandığımız araçların gücü : Ev deki her türlü elektrikli aracın üzerinde w cinsinden değeri yazılıdır. O değer aracın harcadığı güçtür. Verim İş yapmak için kullandığımız bütün araçlar verilen enerjinin bir kısmını sürtünmeden dolayı kaybeder. Bu yüzden araçların verimlerinden bahsedilir. Verim, bir aracın yaptığı işin harcadığı enerjiye oranıdır. ÖRNEK SORU: Bir çocuk, yatay düzlemdeki bir cismi, 25 N kuvvetle 12 m çekiyor. Hareket süresi 6 s olduğuna göre, çocuğun gücü nedir? ÖRNEK SORU: 150 j lük bir işi 3 sn de yapan bir aracın gücünü bulunuz.

9 ÖRNEK SORU: Gücü 300 w olan bir aracın 20 sn de yaptığı işi hesaplayınız. ÖRNEK SORU: Gücü 3 Kw olan bir araç, j lük işi kaç sn de yapar? ÖRNEK SORU: Bir motor 500 N luk bir yükü 10 sn de 20 m yükseğe çıkardığına göre motorun gücünü bulunuz. ÖRNEK SORU: Gücü 2000 w olan bir ütü 0.5 saat çalıştırılıyor. Ütünün harcadığı enerjiyi a) joule olarak bulunuz. b) watt-saat olarak hesaplayınız.

10 ENERJİ KAYNAKLARI En büyük enerji kaynağımız olan güneşi bir kenara koyarak, günlük yaşamda enerji kullandığımız yerleri birlikte bir kez daha hatırlayalım. Canlılar enerji ihtiyaçlarını karşılamak için besinlerden yararlanırlar. Isınmak için genellikle kömür, odun, petrol, doğal gaz vb. enerji kaynaklarını kullanırız. Buraya kadar basitçe sınıfladığımız enerji kaynakları tükenebilir enerji kaynaklarıdır. Besin, kömür, odun, petrol vb. bir süre sonra tükenebilir. Kullandığımız bu enerji kaynaklarından tekrar tekrar enerji elde edemeyiz. Bu nedenle yukarıda saydığımız enerji kaynakları yenilenemeyen enerji kaynaklarıdır. Bir enerji kaynağının yenilenebilir olması için tekrar tekrar enerji dönüşümünde kullanılabilmesi gerekmektedir. Rüzgar tirübününden yararlanarak yapacağınız bir enerji kaynağı yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Her seferinde rüzgarı enerji üretmek için kullanmanıza rağmen, rüzgar olduğu sürece enerji üretmede kullanabilirsiniz. Yenilenebilir enerji kaynaklarını çoğaltmaya çalışalım. Deniz ya da okyanus dalgalarını da yenilenebilir enerji kaynağı olarak kullanabiliriz. Dalgaların çarpması ile çalışacak bir elektrik tirübünü oluşturduğumuzda, dalgalardan sürekli elektrik enerjisi elde ederiz. Deniz ve okyanus akıntıları da yenilenebilir enerji kaynaklarıdır. Yukarıda ayrı tuttuğumuz güneş enerjisi de yenilenebilir bir enerji kaynağıdır. Güneş pilleri ve panelleri sayesinde güneşten elektrik enerjisi elde edebiliriz. Biz kullandığımız sürece de enerji elde etmeye devam ederiz. Yer altı termal suları, sürekli akan dere ve ırmaklar da yenilenebilir enerji kaynaklarındandır. Kömür, petrol, doğal gaz için yenilenemez enerji kaynakları dememizin nedeni bu enerji kaynaklarının saldırgan bir şekilde tüketilmesinden kaynaklanır. Aslında bunlarda yenilenebilen enerji kaynaklarıdır. Biz tekrar oluşmalarına izin vermeden sürekli tükettiğimiz için yenilenemez enerji kaynakları olarak bunları adlandırırız. Kömür, petrol, doğal gaz gibi enerji kaynakları kullanılarak enerji elde edilmesinin en büyük zararı atmosfere karbon salmalarından kaynaklanır. Atmosfere salınan karbon dünyanın çevresinde bir tabaka oluşturur ve dünyaya giren ışığın büyük bir bölümünün yansımasını engeller. Bu da dünya da gereğinden fazla ısı oluşmasına ve dünyanın biyolojik, mevsimsel yapılarının değişmesine yol açar. Son yıllarda içerisinde ülkemizin de bulunduğu PLAZMA enerjisi çalışmaları ile daha büyük yenilenebilir enerji kullanım çalışmaları da büyük bir hızla devam etmektedir. SICAKLIK VE ISI Bir buz kalıbını güneş ısınlarının geldiği yere koyduğumuzda eridiği, yazın elektrik tellerinin sarktığı, yeterince ısı alan suyun kaynadığı, kısın ise bazı yerlerde suların donduğu gorulur. Yani kısaca ısı bazı kimyasal ve fiziksel olayların gerceklesmesine neden olur. Isı ve sıcaklık kavramları birbirine bağlı olarak değisen kavramlardır.

11 Sıcaklık Bir maddenin belli bir olcuye gore, soğukluğunu veya ılıklığını gosteren nicelik, sıcaklık olarak bilinir. Bir maddedeki her molekulun kinetik enerjisi farklı farklıdır. Butun molekullerin kinetik enerjilerinin toplamı, toplam molekul sayısına bolunurse, ortalama kinetik enerjisi bulunur. Bu ortalama kinetik enerji sıcaklığın bir olcusudur. Bu değerin yuksek olduğu madde daha sıcak, dusuk olduğu maddenin sıcaklığı ise daha dusuk demektir. Bir maddenin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı olan buyukluğe sıcaklık denir. Bir maddenin sıcaklığı değisiyorsa, cevresine ısı veriyor ya da cevresinden ısı alıyordur. Isı Sıcaklıkları farklı olan maddeler bir araya konulduğunda aralarında enerji alıs verisi olur. Alınan ya da verilen enerji ısı enerjisi denir. Isı ve sıcaklık olculebilir buyukluklerdir. Isı enerji cesididir,sıcaklık enerji değildir. Isı kalorimetre ile,sıcaklık ise termometre ile olculur. Isı birimi calori veya Joule'dur Sıcaklık birimi ise sadece Derece'dir. Isı madde miktarına bağlıdır.sıcaklık ise madde miktarına bağlı değildir. Sıcaklığın Olculmesi (Termometreler) Sıcaklık olcmek icin kullanılan araclara termometre denir. Maddelerin boyutlarında meydana gelen değisim, sıcaklıktaki değisim olarak kabul edilebilir. Termometreler bu esasa gore duzenlenmislerdir. Termometrelerde 76 cm-hg basıncında sabit iki sıcaklık değeri secilir. Birisi suyun donma sıcaklığı diğeri ise suyun kaynama sıcaklığıdır. Sıcaklık T ile sembolize edilir. Celcius (Santigrad C) termometrelerinde, suyun donma sıcaklığı 0 C, kaynama sıcaklığı 100 C alınarak, 100 esit bolme yapılmıstır. Kelvin suyun donma sıcaklığını 273 K, kaynama sıcaklığını ise 373 K alarak 100 esit bolme yapmıstır. Herhangi bir X termometresinde ise, suyun donma sıcaklığı 10 X, kaynama sıcaklığı ise 70 X alınarak, 80 esit bolme yapılmıstır. Termometrelerdeki sıcaklık değerlerini birbirine donusturmek icin, C F 32 K 273 X esitlikleri kullanılabilir.

12 Buradan cıkan sonuca gore, Celcius termometresindeki sıcaklık değeri 1bolme yukselirse, Fahrenhait te; 1,8 bolme, Kelvin de 1 bolme; X termometresinde ise; 0,8 bolme yukselir. Orneğin hava sıcaklığı 10 C iken, Fahrenhait termometresi F = = 50 F değerini gosterir. Isı Enerjisi Maddenin sıcaklığını artırmak icin verilmesi gereken enerji cesidine ısı enerjisi denir. Q ile gosterilir. Isı bir enerji cesidi olduğundan enerji birimleri ısı birimleri olarak alınabilir. Uluslararası birim (SI) sistemine gore enerji birimi Joule (Jul)dur. 1 cal = 4,18 Joule dur. Sıcaklık Değişimi Elimizle bir maddeye dokunduğumuzda sıcaklık hissediyorsak madde elimize ısı veriyordur. Dokunduğumuzda soğukluk hissediyorsak elimiz maddeye ısı veriyordur. Buna gore, sıcaklıkları farklı olan iki madde karıstırıldığında ya da birbirine değecek sekilde yan yana konulduğunda aralarında ısı alıs verisi olur. Sıcak olan madde ısı verip sıcaklığı azalırken, sıcaklığı dusuk olan madde ısı alarak sıcaklığı artar ve sonucta ısıl denge sağlanır. Isı akısı her zaman sıcak maddelerden soğuk maddelere doğru olur. Sıcaklıkları esit olan maddelerde ısı alıs verisi olmaz.