devam - Latif Mutlu

Latif Mutlu
ENERJİ MAHİYETİ VE KAYNAKLARI İLE
GRAVİTASYON ENERJİSİ ÜZERİNE BİR ARAŞTIRMA
Malatya
1965
Isı ile İş arasındaki münasebetin doğru olarak anlaşılması ve Eşdeğerlik Prensibinin
kabulünden sonra 1854 yılında Almanya’da R. Clausius, bu yeni fikirlerin Sadi Carnot
tarafından 1824 yılında ileri sürülen ve Clapeyron tarafından mükemmel bir şerhle yeniden
yayınlanan ideal ısı makinelerinin verimi hakkındaki düşüncelerle bağdaşıp
bağdaşmayacağını araştırmış ve Carnot’un her termik makinede istihaleye uğrayan cisim, bir
soğuk kaynak ve birde sıcak kaynakla irtibatta olmalıdır: Mutavassıt cisim yalnız bir kaynakla
temasta bulunursa iş hasıl edemez şeklinde ifade ettiği prensibi, “ dış bir vasıtanın yardımı
olmaksızın bir makine kendiliğinden ısıyı bir cisimden sıcaklığı daha yüksek olan bir cisme
nakledemez” şeklinde değiştirmiş ve ayrıca bunun matematik ifadesini de vermiştir.
O vakitler ismi William thompson olan, Lord KELVİN de maddenin herhangi miktarından
olursa olsun, onu etrafın altındaki sıcaklığın altına soğutarak mekanik tesir elde etmek
mümkün değildir diye ifade etmişti.
Bu suretle gelişen Postula daimi olarak iş vermek üzere periyodik olarak çalışan bir makine
sıcaklıkları birbirinden farklı en az iki ısı deposu ister neticesine müncer olmuş ve bu yüzyılın
başlarında termik makineler bu prensibe uygun olarak inşa edilmeye başlandıkları gibi
soğukluk endüstrisi de bu prensibin neticelerinden doğan fikirlerle meydana gelmiştir.
Carnot’un gelişmekte olan fikirleri, 1869 yılında Horstmann tarafından kimyaya uygulanmış
ve aynı doğru neticelerin elde edildiği görülmüştür.
Carnot prensibinin bildirdiği gibi ısının soğuk bir kaynaktan sıcak bir kaynağa kendiliğinden
geçmediğini deney her zaman göstermektedir. Ancak bir veya müteaddit deneylerin
neticelerine bakarak bu prensibin tamamen doğru olduğunu kolayca kabul etmemiz mümkün
değildir. Şimdiye kadar yapılan pek çok deney bu prensibe uymakta ise de yapılacak sonuncu
bir deney bu prensibe uymayabilir.
İdealist düşünürler bu prensibi kainatın yaratılışına ve enerji akımına uygulayarak yaratıcı
tarafından bir işaretle harekete geçirilen tabiatın muntazam çalışmasına devam ederek yavaş
yavaş sükunete hareketsizliğe ve nihayet ölüm gibi tam bir durgunluğa ulaşacağını
bildirmektedirler.
Bu metafizik görüşe Sir James Jeans gibi ünlü bir alimin de gayet kolay muhakemeler
neticesinde iştirak ettiğini görmekteyiz.
Enerjinin miktar itibariyle yok edilememesine rağmen şekil itibariyle daime değişikliğe
uğradığını ve değişim doğrultusunun daima aşağı doğru olduğunu bildiren Sir J. Jeans,
enerjinin sadece bir yöne aktığını yokuş yukarıya suyun akmasının güç hatta imkansız olduğu
gibi enerjinin de geriye dönmesinin mümkün olmadığını sadece bir doğrultuda akan enerjinin
en nihayet bir gün ortamın sıcaklığının aynı olduğu gün artık iş yapamayacağını
bildirmektedir.
Kainatın toplam enerjisinin orada olmasına rağmen her tarafın suhunetinin aynı olması
sebebiyle artık herhangi bir hareket veya işin olmasını beklemeye imkan yoktur.
Sıcaklıkları farklı iki cisim yan yana getirildiklerinde bu iki cisim arasında ısı alış verişi iki
cisimde ısı eşit dereceyi bulunca durmaktadır.
Bir Türk atasözü bunu üzüm üzüme baka baka kararır diye ifade etmektedir.
1
Clausius bunu ilme ENTROPIE mefhumu ile dahil etmiştir. Bütün deneyler ve tabiattaki
olaylar tabiatı bir birliğe götürmekte olduğunu göstermektedirler.
Birbirinden farklı iki insanı bir odaya kapattığımızı ve dışarıdan herhangi bir enerji olabilecek
yiyecek vermediğimizi kabul edelim. Başlangıçta müşterek tarafları az olan bu iki insan
evvela duygu ve düşünce bakımından bir birilik arz ederler. Nihayet gıdasız kalarak ölürler.
Ölümden sonra müşterek vasıfları artar zamanla çürümeye başlayan bu iki insan cesedi
gittikçe birbirine daha çok benzemeye başlayacak aynı şekilde kapalı kalan odaya çok sonra
mesela 200-300 sene sonra bakıldığında artık aralarında bir fark bile bulmaya imkan kalmaz.
Tabiattaki bütün değişmeler de böyle bir birliğe doğru gitmektedir.
Sir James Jeans, enerjinin toplam miktarı termodinamiğin birinci prensibine göre daima aynı
kalır. Fakat kalitesine gelince daima bir doğrultuda değiştiği görülüyor ve böylece yararsız
hale geliyor ki bunu termodinamiğin 2. prensibi olarak kabul ediyoruz. Enerji ilelebet bayır
aşağı gidemez ve saat topu gibi sonunda dibe varacaktır. Aynı veçhile kainattaki enerji de
devam edip gidemez. Er geç bir gün son Erg’lik enerji elverişlilik kabiliyeti merdivenin alt
basmağına varınca ve işte o anda kainatta hayat duracaktır. Gerçi enerjinin hepsi orada ise de
değişme kabiliyeti artık kalmamıştır nasıl ki bir havuzdaki durgun su o seviyedeki bir çarkı
çeviremezse kainatın iş yapma kabiliyeti de artık tükenmiştir.
O zaman biz sıcak olsa bile ölü bir kainatla “ısı ölümü” ile karşı karşıya bulunacağız demekte
ve bunu modern termodinamikten öğrendiğimizi ve asla şüpheye mahal olmadığını da ilave
etmektedir.
Biz burada bu düşüncelerini bir kritiğini yapmağa çalışacağız. Bunun için evvela
termodinamik prensiplerinin ve enerjinin tarifinin üzerinde duracağız. Ve en sonunda
kainattaki enerjinin kaynağına ait düşünce ve teorileri gözden geçireceğiz. Bundan sonra da
enerjinin 1. prensibinin bildirdiği gibi sabit mi yoksa ikinci prensibin bildirdiği gibi gittikçe
değersizleşerek sonunda iş yapamaz hale mi geldiğinin münakaşasını yapacak ve nihayet son
bir ihtimal olarak kainattaki enerjinin artmakta olduğunu gösteren müşahede ve düşünceleri
gözden geçirdikten sonra bir deney yaparak bu deneyden çıkardığımız neticeleri gözden
geçirerek hiçbir teori ve hipoteze lüzum kalmadan kainatın toplam enerjisinin devamlı olarak
arttığını deney ile ispat edeceğiz.
2
ENERJİ
Termodinamik ilminin dayandığı iki temel prensibin tetkikine geçmeden evvel bu prensiplerin
tarif etmekte oldukları enerji kavramını gözden geçirmemiz faydalı olur.
Eski Yunanca’da kuvvet, kudret, faaliyet, dinçlik ifade eden Energie (ἐνέργεια) kelimesi ile
kuvveti, kudreti, dinçliği mevcut anlamına gelen Energetique kelimesi mevcuttu.
İlk defa 1618’de J. Kepler tarafından kullanılmış olan bu kelime daha sonra müessirlik, iş
yapma iktidarı manasında 1885’te İskoçyalı J.M. Rankine (1820-1872) tarafından ilme ithal
edilmiştir.
Klasik fizikte enerji; bir cisimler veya cisimler sisteminin iş yapma iktidar veya kabiliyeti
diye tarif edilmiş ise de kinetik teorinin gelişmesiyle cisimlerin bilinen kinetik ve potansiyel
enerjilerinden başka birde iç enerjiye sahip oldukları meydana çıkınca bu ifade daha değişik
bir şekil almıştır.
Bir sistemin enerjisi moleküllerinin pozisyon ve hareketlerinden moleküller arası cazibeden
ve diğer faktörlerden doğar, enerjinin mutlak değeri tayin edilemez, enerjideki değişiklikler
ölçülebilir. Enerjiyi tayin eden faktörler hararet ve kapasite faktörlerinden ibarettir.
Edmond Bouty’nin belirttiği gibi enerji kavramı, kuvvet ve kütle gibi cepheden değil yandan
göze çarpar ve bu yüksek mertebeden bir kavram olup müteaddit bilgin nesillerinin bilim
alanını iyice arayıp taramalarından sonra zamanı gelince kendini göstermiştir.
Enerji ısı hali müstesna doğrudan doğruya ölçülebilinen bir nitelik değildir. Deneysel olarak,
iki veya daha fazla sayıların çarpımı olup bunları ayrı ayrı ölçmek lazımdır.
Elektromanyetik ışımalara bir kitle gözüyle bakılmasını ve 1904’te Viyanalı Prof.
Hasenöhrl’ün madde ve enerji münasebetlerini bildiren denklem vermesinden sonra, Einstein
1905’te her türlü enerjinin bir kütlesi bulunduğunu teorik olarak ispat etmiş ve E=mc2
matematik ifadesini vermiştir. Bu duruma göre, enerjiyi iş yapabilme kabiliyeti olarak tarif
etme güçlülüğü ile karşı karşıya gelmiş oluyoruz.
Buna rağmen enerjiyi bir cismin veya sistemin bir kuvvete karşı iş yapabilme kabiliyeti olarak
göz önünde bulunduracağız.
ENERJİNİN NEVİLERİ
Enerjinin sakımı prensibinin kurucularından Julius Robert Mayer 1842’de 25 muhtelif enerji
şekli saymış ise de çeşitli şekilde tezahür eden bütün enerjileri 2 ana grupta toplamaktayız.
1- Potansiyel Enerji: Menşei cisimlerin karşılıklı durumlarından gelir
2- Kinetik Enerji: Menşei harekettir.
Dünyamızda ki enerji 4 ayrı kaynaktan gelmektedir,
1- Güneşten ışıma yolu ile gelen ve toplam enerjinin toplamına yakın olan enerji
2- Kozmik ışınlarla gelen enerji
3- Radyoaktif maddelerin fizyonu suretiyle meydana çıkan nükleer enerji
3
4- Gravitasyon kuvvetinden doğan enerji
İlkel insanlar kol gücünden yararlanabilmişlerdir. Daha sonra ateş yakmak suretiyle
odunda birikmiş olan kimyasal enerjiden muhtelif yollarla istifade etmişlerdir.
Yine pek eski devirlerde rüzgar kuvvetiyle yelkenli gemiler yürütülmüş ve su kuvvetinden
değirmenlerde iş elde edilmiştir. Bu arada evcil hayvanların kuvvetinden istifade edilmiş
ve yakın zamanlarda su buharı vasıtasıyla ateşin hareket ettirici gücü pratik safhaya intikal
ederek geniş çapta kolaylık ve bunun neticesinde görülmemiş hızlı neticeler meydana
gelmiştir.
Ve nihayet petroldeki kimyasal enerji ile atom çekirdeğindeki enerjinin yararlı bir şekilde
kullanılmasıyla enerji kaynakları eskiye kıyaslanamayacak kadar çok denecek kadar
artmış ve buharın keşfiyle meydana gelen değişikliklerden daha derin değişikliliklerin
meydana gelmekte olduğunu da görmekteyiz.
Buharla hareket ve yararlı iş temin etmek için verilmesi gereken kimyasal enerjinin temini
için de yine adale kuvvetine ihtiyaç vardır. Bunun gibi petrol ve nükleer enerji için
radyoaktif maddeyi arzın derinlikleri veya dağınık alanından elde etmek ve ayırmak içinde
yine önemli miktarda kol gücüne ihtiyaç vardır.
Nükleer enerjinin pratik safhaya intikalinden evvel pek revaçta olan bir defa tesis
edildikten sonra devamlı olarak enerji veren hidroelektrik santralleri tesis masraflarının
ağırlığı ve üretilen enerjinin naklinin güçlüğü sebebiyle önemini kaybetmiştir.
2 aralık 1942 yılında Chicago civarında H. Fermi tarafından meydana getirilen ½ Watt
gücündeki ilk uranyum pilinden sonra çeşitli radyoaktif maddeler kullanılmak suretiyle
faydalı güç veren çek çok büyük takatli reaktörler hızla çoğalıp yayılmaktadır.
ENERJİNİN SAKIMI
Ateşin bulunmasından sonra duyularla gözlenebilen ergime, buharlaşma, yanma, uzama
gibi termik olayların mahiyeti son iki asırda yeni yeni anlaşılmaya başlanmıştı.
Isı bilimi, ısı miktarı ve sıcaklık olmak üzere iki temel kavrama dayanır.
Sıcaklık ilk defa Fahrenhayt’ın termometresi ile 1714’te belli bir şekilde ölçüldüğü ve
tarif edildiği halde ısı miktarı Ancak 1779 Black ve İrvin’in teşebbüsü ile ölçülmeye
çalışılmış ve bundan sonra çeşitli bilginler tarafından incelenen ısı yapılan sayısı çok
4