Enerji ve Hayat

Enerji ve Hayat

ENERJİ BİRİMLERİ
TERMODİNAMİK KANUNLARI
Termodinamiğin birinci kanunu enerjinin korunması prensibini getirmekte ve “Enerji bir
şekilden diğerine dönebilir fakat ne tahrib edilebilir ve ne de yeniden yaratılabilir” şeklinde
ifade edilmektedir. O halde, kainatta yaratıldığı anda mevcut olan toplam enerji miktarı
değişmemekte, sadece bir enerji şeklinin diğerine dönmesi söz konusu olmaktadır. Hararet,
mekanik enerji, elektrik enerjisi, v.s. hep birer enerji şeklidir ve birbirine dönüştürülebilir. Bu
dönüşme sırasında toplam enerji daima sabit kalır.
Termodinamiğin ikinci kanununun iki şıkkı vardır:
a) Bütün ısı makinelerinde kullanılan cisim bir sıcaklık düşmesine maruz kalır ve ancak bir
sıcak kaynaktan bir soğuk kaynağa geçmek suretiyle cismin ısı kaybetmesi sonucu iş husule
gelir. Her ısı makinesinde sarf edilen ısının bir kısmı işe dönüştüğü halde bir kısmı gene ısı
enerjisi halinde etraftan yutulmakta, dağılmaktadır. Bu suretle yutulan, kullanılmayan enerji,
yukarıda belirttiğimiz gibi, hiçbir zaman sıfır olmadığından ısı makinelerinin verimi daima
1’den küçük olur.
b) Sabit iki sıcaklık arasında işleyen her ısı makinesinde elde edilebilecek maksimum
verim, değişmeye maruz kalan cismin tabiatine tabi değil, sadece soğuk ve sıcak kaynakların
hararetine bağlıdır.


Görülüyor ki enerji, iş veya ısıya dönüştürülebilen bir fizik “büyüklük”, bir ölçülebilen
“miktar”dır. Enerjinin ölçülebilir olması onun rakamla ifade edilebilir olmasını da mümkün
kılar. Enerjinin genel olarak iki şekli vardır: a) Maddeye bağlı enerji, b) Işın halinde enerji
(ışık, elektromanyetik enerji gibi herhangi bir maddi taşıyıcısı olmayan enerji).
Maddeye bağlı enerjinin daima bir maddi taşıyıcısı gösterilebilir ve bu çeşit enerji sonunda
mekanik enerji haline gelir. Bu da ikiye ayrılır: a) Hareketin mekanik enerjisi veya kinetik
enerji. Kinetik enerji, hareket halindeki cismin kütlesine ve hızına tabidir (akan su, atılan
mermi, düşen taş, atom partiküllerinin hareketi gibi). b) Pozisyonun mekanik enerjisi, durum
enerjisi veya potansiyel enerji. Bir cisim, kendi üzerine tesir yapması muhtemel bir kuvvet alanı içinde bulunuyorsa bir potansiyel enerjiden bahsedilir Bu enerji, maddenin kuvvet alanı
içindeki durumuna, pozisyonuna bağlı değildir (bir barajdaki su, gerilmiş yay veya elimize
alıp yerden yüksekte tuttuğumuz taş parçası gibi).
Elimizde tuttuğumuz bir taş, yer çekimi sahası içinde bulunduğu için bir potansiyel enerji
taşımaktadır. o taşı bıraktığımız anda yere doğru düşmeye başlar ve potansiyel enerjisi kinetik
enerjiye dönüşür. Yer yüzüne yaklaştıkça daha az potansiyel enerji ve daha çok kinetik
enerjiye sahip bulunur. Bu suretle kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı daima sabit kalır.
Yere düştüğü anda gene bir potansiyel enerjiye sahiptir, zira arzın merkezine doğru
çekilmektedir ve altında bir çukur açılsa düşmesine devam eder. Böylece, her cisim hem
kinetik ve hem de potansiyel enerji taşımaktadır.
Hararet, termik enerji de molekül hareketlerine bağlı bir enerji şeklidir. Daha önce
belirttiğimiz gibi, mekanik enerji ile ısı arasında titreşimin genişliği, dalga boyu ve frekansı
yani tekrarı dışında bir fark yoktur.
Bütün bu özelliklerini gördükten sonra enerjiyi, “bütün şekil değiştirmeler sırasında
bütünlüğünü koruyan ve her şekli prensip olarak hararete dönüştürülebilen bir fizik büyüklük”
diye tarif edebiliriz. Enerji ölçülebilen bir büyüklük olduğuna göre bunun bir ünitesi, birimi
olmalıdır. Enerjinin bu ölçülmesinde eşdeğerlik (equivalence) prensibi mevcut olup, bu
şekilde enerjinin bütün cinsleri aynı birimle ifade edilebilmektedir.
İki ölçme sistemi mevcuttur: “Milletlerarası Sistem” (Systeme Internationale – SI) ve
“Santimetre-Gram-Saniye Sistemi” (CGS). Bu sistemlere göre ayrı ayrı enerji birimleri
mevcut olup bunları kısaca şöyle sıralayabiliriz:
1. Milletlerarası Sistem (SI)’de enerji birimi joule’dür. Bir Joule, tatbik yerine kuvvet
istikametinde bir metre yer değiştirten, 1 Newton’luk bir kuvvetin yaptığı iş’dir. O halde, 1
joule = 1 Newton x 1 metre olur. (1 Newton, 1 kg.lık bir kütleye 1 m/s2
lik bir
akselerasyon-hızlanma kazandıran kuvvettir.)
2. CGS sisteminde enerji birimi Erg’dir. 1 Erg, 1 santimetrelik yer değiştirme hasıl eden 1
dyne’lik bir kuvvetin yaptığı işe denir. Yani, 1 erg= dyne x 1 cm olup bu da 10-7 Joule
eder. (1 dyne, 1 gramlık bir kütleye 1 m/s2
lik akselerasyon veren kuvvettir.)
ENERJİNİN DEĞERSİZLENMESİ
ENTROPİ
Bundan evvelki bölümde termodinamiğin getirdiği “ısının sıcak bir kaynaktan soğuk bir
kaynağa geçmesi” prensibini görmüştük. Birisi daha sıcak iki cisim yanyana dursa, belli bir
zaman geçtikten sonra sıcak olandan daha az sıcak olana doğru bir ısı geçişi olur ve her iki
cismin harareti eşit hale gelir. Odamızda yanmakta olan bir soba ısı neşreder ve odayı ısıtır.
Bu durumlarda ısının tek yönlü geçişi “geri döndürülmez” bir hadisedir. Hiçbir zaman soğuk
bir cisimden ısının daha sıcak bir cisme geçmesi, bu suretle birinin daha fazla soğuyup
ötekinin de daha fazla ısınması beklenemez. Sobadan odaya yayılan hararetin tekrar sobanın
içine dönmesi gibi hadiseler tabiatta imkansızdır.
İzole bir sistem içindeki “düzensizlik” derecesine termodinamik biliminde Entropi adı
verilir. Mutlak düzen halinde her atomun yeri kesin olarak belli bulunduğundan “sıfır
entropi”den bahsedilir. Mutlak sıfır derece dediğimiz -273 santigrad derecede bütün ısı hareketleri ortadan kalkmıştır. Fakat bir müddet sonra sistem “ısınmaya” başlar, moleküller
gittikçe daha fazla hareket ederler, bu şekilde entropi de giderek artar.
İzole sistemlerinin entropisi artmak mecburiyetindedir. İçinde bulunduğumuz odanın bir
köşesine bir sprey püskürtülse, püskürtülen zerreler toplu bir halde o köşede kalamazlar.
Molekül hareketleri sebebiyle bütün odanın içine, oradan atmosfere dağılmak
mecburiyetindedirler. Görülüyor ki, entropinin artması bir “geriye döndürülemez olay”dır.
Bundan sonraki bahiste inceleyeceğimiz gibi, canlı organizmalar dış dünyadan serbest
enerji almak suretiyle geçici olarak entropilerinin artmasını durdurabilmekte veya hiç değilse
yavaşlatabilmektedirler. Ancak mukadder olan akıbet değişmemekte, ölüm anında entropi
artmaya başlamakta, organizma çürüyüp dağılarak adeta zerrelerine ayrılmaktadır.
Bir sistemin entropisi arttıkça kullanılabilir enerji verme kabiliyeti de azalır. Bir arada
toplu bulunan insanlar beraberce çok iş yaparlar ama dağıldıkları, birbirinden uzaklaştıkları
nisbette, (toplam güçleri gene ayni olmakla beraber) hiç bir iş yapamaz hale gelirler.
Görülüyor ki, entropinin artması ile sistemin düzensizliği artmakta ve kullanılabilir enerji
verme kabiliyeti, yani “işe yararlığı” azalmaktadır.
Bütün kendi kendini düzenleyen sistemlerin, canlılarda olduğu gibi, entropilerinin
artmasına karşı direnmeye gayret ettiklerini görürüz. Bu sistemin, “düzenini bozucu”
tesirlerden haberdar olması ve buna karşılık gerekli “düzeltici ayarlamaları” yapması ile
mümkün olabilmektedir. “Geritepme” (feed-back) dediğimiz bu düzenleme sistemlerinden
ilerde söz edilecektir. Bu hadiseyi atom içinde de görmek kabildir. Çekirdek etrafında dönen
elektronu merkeze doğru çeken kuvvetle dönüşün verdiği santrifüj kuvvet arasındaki denge,
onu yörüngede tutmakta, fırlayıp gitmesine mani olmaktadır. Kainatı teşkil eden elementlerin
entropisi de artmaktadır. Evvela dev bir atom şeklinde yaratıldığı tasavvur edilen kainat,
gittikçe genişlemekte, birbiri etrafında dönen cisimlerin merkezden olan uzaklıkları
mütemadiyen artmaktadır. Odamızın bir köşesine püskürtülen kokunun her tarafa yayılması
gibi kainatta da “geri döndürülemeyen” bir olay mevcuttur.
CANLI HÜCRELER ve ENERJİ
Canlılarda entropi’nin artmasına, dağılmaya, çözülmeye karşı direnme, canlıyı teşkil eden
kapalı sisteme dışardan serbest enerji vermekle mümkün olabilmektedir. Böyle izole
sistemlere dışardan enerji verilmek suretiyle bu sistemlerin entropileri azaltılabilir, hiç değilse
artması durdurulabilir, yani sistemin organizasyonu, düzeni korunur.
Canlı hücrelerin en önemli özelliği, kimyasal potansiyel enerjiyi kendi organize yapılarını
korumak için gerekli diğer enerji şekillerine çevirebilmesidir. Kimya diliyle canlı hücreyi tarif
etmek istersek, bunlar, dayanıklı olmayan ve kendi organize sistemlerini devam ettirebilmek
için lüzumlu çeşitli kimyevi maddeleri, son derecede kontrollü miktarlarda ve çevrenin
derecesinden daha yüksek bir ısı derecesi ortamında, bir tuz çözeltisi içinde erimiş veya
onunla çevrelenmiş olarak bulunduran yapılardır diyebiliriz. Görülüyor ki, her hücre,
entropisinin artmasını, dağılmayı önleyebilmek için enerji sarfetmek, sarfettiği enerjiyi de dış
ortamdan sağlamak mecburiyetindedir.
Dışardan enerji sağlayarak hayatiyetlerini devam ettiren, heterotrof dediğimiz cinsten
canlılar, tek hücrelilerden insana kadar geniş bir gelişim skalası içinde sıralanırlar. Bu
canlıların tek tek hücrelerini ele aldığımız zaman aralarında büyük benzerliklerin
bulunduğunu görürüz. Bu hücreler, ancak gördükleri vazifeye, fonksiyona göre birtakım

farklılaşmalar arzetmektedirler; bunun dışında, temel hayati faaliyetler ve enerji alış-verişi
bakımından hepsi aynı kurala uyarlar.
Hücreyi, içinde bulunduğu ortamdan, çevresinden, bir zar ayırır. Bu zarın dışında bulunan
bazı moleküller zardan içeriye girebilmekte ve bunlardan gene bir kısmı, hücreye enerji
sağlarken diğer bir kısmı da hücrenin büyüyüp çoğalabilmesi için gerekli yapıtaşı vazifesini
görmektedir.
Tek hücreli sistemlerden çok hücrelilere yükseldikçe, tekamül kanunu uyarınca, bir
sistemleşme, bir organizasyon dikkati çekmektedir. Kendisi için gerekli besini kolayca temin
edebileceği bir sıvı ortamı içinde serbestçe hareket eden tek hücreli bir amip ile,
organizasyonun en yüksek derecesini temsil eden insanı mukayese edersek, enerji ihtiyacı
bakımından aradaki farkı açıkça görürüz. Canlı, organizasyonunu koruyabilmek ve
sürdürebilmek için enerjiye muhtaçtır.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Scroll to top