İş - Güç - Enerji

Güç

Birim zamanda harcanan enerji ya da yapılan iş (simgesi P).

Güç watt cinsinden ölçülür. Pratikte (daha çok mekanik alanda) yaygın olarak kullanılan bir güç birimi de beygirgücüdür. Mühendislikte mutlak enerjilerden çok, bir makinenin verebileceği güç önem taşır. Güçlü bir makine, çok miktarda enerjiyi kısa sürede veren ya da aktaran bir makinedir. Mekanik güç, kendisini doğuran kuvvetle hızın çarpımına eşittir.

Elektriksel güç genellikle W harfiyle gösterilir. Doğru akımlı bir devrede güç, akım şiddetiyle ( I ) potansiyel farkının ( V ) çarpımına eşittir (amper x volt=watt). Alternatif akımlı bir devrede ise güç, akım ve voltajın etkin değerleriyle aralarındaki faz farkının kosinüs değerinin çarpımıdır. Kosinüs ya da güç faktörü pratik hesaplarda dikkate alınmaz. Örneğin 220 voltluk bir şebekede 10 amperlik akım çeken elektrikli bir ısıtıcının gücü 2.200 watt olarak alınır.

Mekanik ve elektriksel gücün yanı sıra, optikte de mercek ve aynalar için güç terimi kullanılır. Odak uzaklığının metre cinsinden alınıp 1 sayısına bölümü, merceğin gücünü verir. Aynalar için de yansıttıkları akının gelen akıya oranı olarak ifade edilen yansıtma gücünden söz edilir.

Enerji

Bir cismin veya bir sistemin iş yapabilme kapasitesine enerji denir. Enerjinin birden fazla türü vardır. Enerji bir türden başka bir türe dönüşebilir. Kinetik enerji, potansiyel enerji, elektrik enerjisi enerji türlerine örnektir.

Potansiyel Enerji: Ep
Yerden h kadar yüksekte bulunan bir cismin yere göre potansiyel enerjisi Ep = m.g.h kadardır. Bu formülde m kütle, g yerçekimi ivmesi h ise yüksekliktir. Bu formülde m.g aynı zamanda ağırlık demektir. Yani ağırlığı yükseklikle çarptığınızda potansiyel enerjiyi elde edersiniz. Ağırlık newton, yükseklik metre ise potansiyel enerji joule cinsinden değer alır.

Kinetik Enerji: Ek
Hareket eden cisimlerin sahip olduğu enerji türüne denir. Ek = m.V2/2 bağıntısıyla bulunur. Formülde hız kareli olduğu için hız arttıkça kinetik enerji parabolik bir şekilde artar. Duran bir cismin kinetik enerjisi yoktur.

Cisim sürtünmeli yüzeyde veya sürtünmeli hava ortamında x kadar yol alırsa, enerjisi Fs.x kadar azalır. Burada Fs sürtünme kuvveti, x ise alınan yoldur.
Bir yay x kadar uzatılır ya da x kadar sıkıştırılırsa yayda bir potansiyel enerji birikir. Kuvvetin cisim üzerinde harcadığı enerji yayda depo edilmiş olur. Bu enerji Eyay = k.x2/2 formülüyle bulunur. Burada k yay sabiti, x sıkıştırma veya uzatılma miktarıdır. Yine kuvvet newton, sıkıştırma miktarı metre cinsinden alınırsa enerji joule cinsinden olur.

Belirli bir yükseklikte duran bir cismin potansiyel enerjisi vardır fakat kinetik enerjisi yoktur. Cismi yukarıdan aşağıya doğru bırakırsak aşağı inene kadar potansiyel enerjisi sürekli düşer ve yere çarptığı anda potansiyel enerjisi sıfır olur. Aynı süre içerisinde yere düşerken hızlanan bir hareket yapar. Bu nedenle kinetik enerjisi oluşmaya başlar. Cisim durgunken sıfır olan kinetik enerji yere çarpma anına kadar sürekli artar ve çarpma anında maksimuma erişir.

Elektronvolt (eV)
Elektron, foton, proton gibi küçük parçacıkların enerjisi bu birimle ifade edilir. Bir elementer yüke sahip bir parçacığın 1 voltluk potansiyel farkında kazandığı ya da kaybettiği enerji miktarıdır. 1 eV = 1,6.10-19 dur.

İş : W
Bir F kuvveti bir cisme x yolu boyunca etkimiş ise, yaptığı iş W = F.x olur. Kuvvet Newton, yol da metre cinsinden alınırsa işin birimi joule dür. Kuvvetin yaptığı iş cisme potansiyel ya da kinetik enerji olarak geçer.

Cismin ağırlığı veya cisme etki eden yerçekimi kuvveti düşey aşağı doğrudur. Bir cisim yukarı doğru hareket ettirilirse, yerçekimi kuvvetine karşı iş yapılmış olur. Yerçekimi kuvvetine karşı yapılan iş cismin kazandığı potansiyel enerjiye eşit olur. Yani W = ΔEp olur. Etki eden kuvvet cismi yatayda hareket ettiriyorsa W = ΔEk olur. Çünkü cisim hız kazanmış olur ve hız kazanmış cisimlerin kinetik enerjisi vardır. Eğer cisme uygulanan kuvvet cisme hem hız hem de yükseklik katıyorsa o zaman yapılan işin bir kısmı potansiyel enerjiye, bir kısmı da kinetik enerjiye dönüşmüş demektir.

İş
Kuvvet doğrusu ile yol ekseni arasında kalan alan yapılan işi veya kinetik enerji dönüşümünü verir. Kuvvetin büyüklüğü sabit veya değişken olabilir. Kuvvetin yönü de pozitif veya negatif olabilir. Pozitif yöndeki kuvvet enerjiyi arttırır. Negatif yönde uygulanan kuvvet ise enerjiyi azaltır.

Güç : P
Birim zamanda yapılan işe ya da harcanan enerjiye güç denir. Yani işi veya enerjiyi zamana bölerseniz gücü elde edersiniz. İşin birimi joule, zamanın birimi saniye ise gücün birimi watt olur. 20 joule işi 5 saniyede yapan bir insanın gücü 20/5=4 watttır.

Verim
Bir makinenin veya bir sistemin verimi üretilen enerjinin tüketilen enerjiye oranıdır. Bir lamba 100 joule elektrik enerjisi harcayıp 50 joule ışık enerjisi üretiyorsa bu lamba % 50 verimle çalışıyordur manasına gelir.

Güç

İş yapma hızına güç denir. Bir cisme bir dış kuvvet uygulanırsa bu kuvvetin At süresinde yaptığı iş AW ise bu sürede harcanan ortalama güç (Port):

olarak tanımlanır.

SI birim sisteminde güç birimi Joule/saniye (J/s)’dir. Bu birim aynı zamanda Watt (W) olarak da adlandırılır.

İngilizler güç birimi olarak Beygir Gücü kullanır (BG)
1 BG=746 W’a eşdeğerdir.
Örnek