Doğal Enerji Güneş Pili-Manyetik Motor

Albert Einstein kütle ile enerjinin eşdeğer olduğunu çok bilinen E=mc² formülü ile göstermiştir. Enerji korunumlu bir büyüklüktür aynı zamanda biçim değiştirebilir. Bunun en sıradan örneği Hidroelektrik Santrallarında elektrik enerjisine dönüştürülen, suyun potansiyel enerjisidir. Bu dönüşüm işlemi pratikte birebir olamaz, kayıplar oluşur. Enerji korunumlu bir büyüklük olmasına rağmen diğer biçime dönüştürülemeyen ve dolayısıyla ısı olarak etrafa yayılan enerji, teknik terimle kayıp olarak nitelendirilir. Enerjinin korunduğunu ilk gösteren James Prescott Joule‘ dur. Joule, deneyinde m kütleli bir cismi, bir makaraya bağlayarak belirli bir yükseklikten aşağıya bırakmıştır. Makara aynı zamanda termal olarak yalıtılmış bir ısı kutusunun içindeki çarklara bağlıdır. Cisim aşağıya indikçe kutunun içindeki çarklar döner ve içerdeki sıvının sıcaklığını ölçen termometrede ΔT kadar bir artış gözlemlenir. Isı kutusunun özısısına ve makaranın sürtünmesine harcanan enerji bu dönüşümdeki kayıplar olarak varsayılırsa, enerjinin biçim değiştirebildiği ve korunumlu olduğu bu sayede gösterilmiş olur.Enerji kullanıldığı yerlere göre farklı birimlerde ele alınır.

• Newton metre (Nm); 1 Nm =kg m²/sn²
• Joule (J); 1 Nm = 1 J
• Kalori (cal); 1 J = 0.239 cal, 1 cal=4,18 J, 1 kcal=4184 J
• Elektronvolt (eV)
• British Thermal Unit (BTU); 1 BTU=1,055 J, 1 kWh=3412 BTU, 1 BTU=0.0002931 kWh
• Watt-saat (Wh) 1Watt hours (Wh) = 3,600 J ,
• Kilo Watt-saat (kWh)1 kWh = 1,000 Wh , 1 kWh = 3,600,000 J
• erg (Yunanca ergon: iş) 1 erg= 1 g cm2 s−2, 1 erg = 1.0×10−7 J.
• Foot – pound (ft lb), 1 ft lb = 1.356 Nm
• litre-atmosfer (l.atm)

Enerjinin Korunumu ;

Kapalı bir sistemde, potansiyel enerji’nin, kinetik enerjiye veya kinetik enerji’nin, potansiyel enerjiye dönüşümünde, her birindeki artma, diğerindeki azalmaya eşittir. Kapalı bir sistemde enerji korunacağından sabit bir değeri vardır. Dolayısıyla enerjideki değişim sıfırdır. T kinetik enerji, U da potansiyel enerji olmak üzere formüle edilirse:

veya diğer bir şekilde ifade edilirse

enerji korunum yasası olur.

Enerji türleri

Enerji çeşitli şekillerde bulunabilir. Fakat bu şekillerin tamamı iki ana başlığa indirgenebilir. Bunlar kinetik enerji ve potansiyel enerjidir.

1. Potansiyel enerji: Bir nesnenin konumundan dolayı,diğer nesnelere bağlı olan enerjisidir.Depolanmış enerji Isı sebebi ile oluşan enerji olup, aslında molekül ve atomların kinetik enerjisi olarak da adlandırılır.
2. Yer çekimi Potansiyel Enerjisi: Bir kütle, bulunduğu yerden düşey konumdaki alt bir noktaya göre yüksekte ise, sahip olduğu enerjiye Yer çekimi Potansiyel Enerjisi denir
   1. Isı (Termal) Potansiyel Enerji: Kömür, petrol, linyit, doğalgaz gibi yakıtların yakılmasıyla ısı enerjisi ortaya çıkmaktadır. Elde edilen ısı enerjisi ilk önce türbinler yardımıyla mekanik enerjiye, daha sonra da jeneratörler yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürülebilmektedir. Evlerimizde, kışın ısınmak, mutfak ve banyoda sıcak su elde etmek, yemek pişirmek için ısı enerjisinden sıkça faydalanmaktayız.
   2. Elektrik Potansiyel Enerjisi: Elektrik yüklemesi sebebi ile ortaya çıkan enerjidir.Yüklenmiş partiküllerin hareket enerjisidir.
   3. Kimyasal Potansiyel Enerji: Kimyasal tepkime sonucunda ortaya çıkan enerjiye kimyasal enerji adı vermekteyiz. Günlük hayatımızda sıkça kullandığımız pil ve aküler kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren düzeneklerdir. Pil ve akülerde elektrik enerjisinin depolanması kimyasal yöntemlerle yapılmaktadır. Kimyasal enerji; mekanik, ısı ve ışık enerjisine dönüştürülebilmektedir.
   4. Nükleer Potansiyel Enerji: Atom çekirdeklerinin kararsızlığı nedeni ile oluşan enerjidir. Bu durumdaki nesne, elektromanyetik dalga veya ışık yaydığı için yayınım enerjisi olarak da adlandırılır. Atom çekirdekleri tarafından depolanmış enerjidir.
   5. Manyetik Potansiyel Enerji:Mıknatısın manyetik kuvvetinden dolayı oluşan enerjidir.
   6. Elastik Potansiyel Enerji:
3. Kinetik enerji: Hareketin sebep olduğu enerjidir.
   1. Mekanik Enerji: Faydalı iş yapabilen hareket enerjisidir. Hareket enerjisi (kinetik enerji) bir iş yaptığında mekanik enerji olarak ortaya çıkmaktadır. Elektrik santrallerinde türbine çarpan suyun mekanik enerjiye dönüştüğü gibi pense ile kablo keserken, tornavida ile vida sıkarken vb. durumlarda da mekanik enerji üretilmiş olmaktadır. Elde edilen mekanik enerji ile her hangi bir iş yapılabileceği gibi elektrik enerjisi de üretilebilmektedir.

   2 TİP MANYETİZMA VARDIR ;

   ELEKTRONLARIN NEDEN OLDUĞU MANYETİZMA

   FERROMANYETİK-PARAMANYETİK-DİYAMANYETİK ELEMENTLER:

   Bu başlık altında anlatılacaklar MRG’nin temel noktası olan nükleer manyetizma haricindeki, elektronların neden olduğu manyetizmaları açıklamaktadır. Daha önce de bahsedildiği gibi elektronlar nükleer manyetizmaya etkisi haricinde, atomun manyetik özellik gösterip göstermeme özelliğini tayin etmektedirler. Bu konunun iyi anlaşılması ile, MRG ünitlerinde kullanılan permanent magnet (güçlü dış manyetik alan)’in nasıl oluşturulduğu, yine kitabın ileri bölümlerinde detaylı olarak bahsedilecek olan MRG’de kullanılan kontrast maddelerin etki mekanizmaları ve bazı materyallerin artefaktlara ve komplikasyonlara nasıl neden olduğu daha iyi kavranacaktır.

   Negatif yüklü elektronlar nükleus çevresindeki belirli seviyelerde hareket halindedirler ve seviye sayısı (orbit) arttıkça enerji seviyeleri artmaktadır. Nükleus çevresindeki bu orbitler alt gruplara da ayrılmaktadır (subshell). Örneğin (Na) sodyum atomundaki 11 elektrondan 2 tanesi ilk çemberde, 2 tanesi ikinci çemberin s alt grubunda, 6 tanesi ikinci çemberin p alt grubunda, 1 tanesi ise üçüncü çemberde yer alır. (P) fosfor atomunda ise 15 elektronun 2 tanesi birinci çemberde, 2 tanesi ikinci çemberin s alt grubunda, 3 tanesi üçüncü çemberin p alt grubundadır. Magnet gibi güçlü manyetik alanlar içinde, elektronların neden olduğu bu enerji seviyeleri (shell, subshell) daha da alt gruplara ayrılmaktadır. Kural olarak, her enerji çemberinde sadece sınırlı sayıda elektron bulunabilir ve ilk önce düşük enerji seviyeli iç çemberler doldurulur, daha sonra sırası ile enerji seviyesi yüksek dış çemberler doldurulur. Dolu olan bir çemberde çift sayıda elektron vardır.

   Elektronlar nasıl manyetizma nedeni olmaktadır?.

   Eğer atomdaki elektron çemberlerinde ve çember alt gruplarında çift sayıda elektron var ise bu elektronlar birbirlerine ters yönde hareket ederler ve birbirlerinin oluşturdukları manyetizmayı nötralize ettiklerinden dolayı atomda manyetizma oluşmaz. Bununla birlikte bu atomlar güçlü manyetik alan içine (magnet içine) konacak olurlarsa elektronların dizilişinde bu manyetik alan etkisi ile değişiklik olacağından küçük bir manyetizasyon oluşur ve bu manyetizasyon yönü ortamın güçlü manyetik alan vektörüne ters yönde olur. Atomdaki (elementdeki) bu davranış biçimine “diyamanyetizm” denir ve hemen tüm elementlerde bu davranış özelliği görülür. Bu olayda oluşan manyetizmin amplitütü ortamın manyetik alan gücü (magnet) ile doğrudan orantılıdır. İzm özelliği gösteren yaygın örnekler; inert gazlar, çoğu organik moleküller (doku) ve NaCl gibi kristal tuzlarıdır. Birçok atomda son elektron çemberinde tek sayıda elektron vardır. Dolayısıyla bu atomda elektronlar birbirlerinin oluşturdukları manyetizmayı nötralize edemezler ve bu atom ortamda güçlü manyetik alan olmadan da manyetizma nedeni olur. Bu davranış özelliğindeki atomlar için “paramanyetik” denir. Bununla birlikte, bu atom yalnız başına bir manyetizm nedeni olduğu halde, bu atomlardan oluşmuş bir elementde manyetizasyon görülmez. Bunun nedeni elementi oluşturan atomların manyetizasyon vektörlerinin rastgele dağılım göstermesi ve birbirlerinin manyetizasyonlarını nötralize etmeleridir. Eğer bu element güçlü bir manyetik alan içine konacak olursa elektronların neden olduğu bu manyetizmalar belli bir düzene gireceğinden belirgin bir manyetizasyon gözlenebilir. Diyamanyetizmde olduğu gibi paramanyetik elementlerde de oluşan bu manyetizma ortamda bulunan güçlü manyetik alanın (magnet) gücü ile doğrudan orantılıdır. Bununla birlikte farklı olarak, oluşan manyetizma ortamın güçlü manyetik alan vektörü ile aynı yönde olur (diamanyetizmde ters yönde olmaktaydı) (Şekil 3.3).

   Şekil 3.3: Diyamanyetik materyaller (D) oldukça zayıf manyetik etki oluşturmaktadır ve bu güçlü manyetik alan vektörüne ters yöndedir. Paramanyetik materyaller (P) ise daha güçlü manyetik etki oluştururlar ve bu, güçlü manyetik alan vektörü ile aynı yönde olur.