Enerji Türleri

Enerjik olmak ne demektir? Sabah kalktığınızda nasıl hissettiğinizi düşünün. Eğer çok enerjiniz varsa, bu büyük ihtimalle ayık, güne başlamaya hazır ve gün boyu ne (yapılması) gerekiyorsa onu yapabilecekmiş gibi hissettiğiniz anlamına gelir. Eğer hiç enerjiniz yoksa (belki de sekiz saat uyumadığınız için), yataktan çıkmak, ortalıkta dolanmak ve yapmanız gerekenleri yapmak istemeyebilirsiniz.

Enerjinin bu tanımı bilimsel değil, günlük bir tanım olsa da, aslında resmi enerji tanımıyla çok sayıda ortak noktaya sahiptir ve size bunu kolay hatırlayacak bir yol sağlayabilir. Enerji, özel olarak iş yapabilme yeteneği olarak tanımlanır - ki bu, biyolojik amaçlar için bir değişiklik yaratma becerisi olarak düşünülebilir. Enerji bir çok değişik formda bulunabilir: örneğin hepimiz ışık, ısı ve elektrik enerjilerine aşinayız.

Burada kinetik enerji (hareket enerjisi), potansiyel enerji (yapıya veya konuma bağlı enerji) ve kimyasal enerji (kimyasal bağların potansiyel enerjisi) dahil olmak üzere özellikle biyolojik sistemlerde önemli olan bazı enerji türlerini inceleyeceğiz. Enerji asla yoktan var olmaz ancak bir türden başka birine dönüşebilir.

Bir cisim hareket halindeyken, bu cismin bir enerjisi vardır. Peki neden? Hareket eden cisimler bir değişikliğe sebep olabilir; başka bir deyişle, iş yapabilirler. Mesela bir yıkı güllesini ele alalım. Yavaş hareket eden bir yıkı güllesi bile, bir ev gibi büyük bir cisme büyük bir zarar verebilir. Ama hareket etmeyen bir yıkı güllesi hiçbir iş yapmaz (hiçbir binayı yıkmaz).

Bir cismin hareketiyle ilişkilendirilen enerjiye kinetik enerji adı verilir. Hızlanan bir kurşunun, yürüyen bir insanın ve ışık gibi elektromanyetik dalgaların hepsinin kinetik enerjisi vardır. Kinetik enerjinin bir başka örneği atom veya moleküllerin sürekli ve rastgele olarak hareket etmeleridir. Buna aynı zamanda ısı enerjisi de denir - ısı enerjisi arttıkça atomik hareketin kinetik enerjisi de artar. Bir grup molekülün ortalama ısı enerjisine sıcaklık, iki cisim arasında ısı enerjisi alışverişine de ısı diyoruz.

Yıkı güllesi örneğimize geri dönelim. Hareketsiz yıkı güllesinin hiç kinetik enerjisi yoktur. Peki bir vinçle iki kat yükseltilse ve bir arabının üzerinde asılı bırakılsaydı ne olurdu? Bu durumda yıkı güllesi hareket etmese de enerjiye sahiptir. Asılı yıkı güllesinin enerjisi, onun iş yani yıkım yapabilme potansiyelini gösteriyor. Yıkı güllesi serbest bırakıldığında altındaki arabayı dümdüz ederek iş yapar. Güllenin daha ağır olması, barındırdığı potansiyel enerjinin de daha fazla olacağı anlamına gelir.

Bu tip enerji potansiyel enerji olarak adlandırılır ve bir cismin konumundan veya yapısından dolayı sahip olduğu enerjidir. Mesela bir molekülün kimyasal bağlarındaki enerji bu bağların yapısıyla ve atomların birbirine göre olan konumuna bağlıdır. Kimyasal enerji, kimyasal bağlarda depolanan enerjidir ve bu sebepten dolayı da potansiyel enerjinin bir türü olarak kabul edilir. Bir barajın tuttuğu suyun enerjisi ya da bir uçaktan hava dalışı yapmak üzere olan bir insanın enerjisi de, gündelik hayattan verilebilecek potansiyel enerji örneklerinden bazılarıdır.

Bir cismin enerjisi bir türden bir başkasına dönüşebilir. Mesela, favori örneğimizi, yıkı güllesini ele alalım. Yıkı güllesi hareketsiz bir şekilde birkaç kat yükseklikte asılı dururken hiç kinetik enerjisi yoktur ancak oldukça yüksek bir potansiyel enerjiye sahiptir. Serbest bırakıldığında hızı arttığı için ve yer çekimi yüzünden kinetik enerjisi artmaya başlar. Aynı zamanda potansiyel enerjisi azalmaya başlar çünkü artık yere eskisi kadar uzak değildir. Yere düşmeden hemen önce güllenin neredeyse hiç potansiyel enerjisi yoktur ancak kinetik enerjisi oldukça fazladır.

Aynı tür enerji dönüşümleri, kimyasal enerji için de söz konusudur ve günlük hayatımızda, bunun da birçok örneğini görürüz. Örneğin benzinde bulunan bir hidrokarbon olan oktan, yukarıda da gösterilen moleküler yapısından dolayı kimyasal enerjiye (potansiyel enerjiye) sahiptir. Bu enerji, bir araba motorunda benzin yandığı zaman açığa çıkar ve motorun pistonlarını hareket ettiren ve arabayı ileriye iten (kinetik enerji) yüksek basınçlı gazlar üretir$^1$start superscript, 1, end superscript. Bu kimyasal enerjinin bir kısmı, arabanın kinetik enejisine; bir kısmı da motorun sıcaklığının artması sonucu ısı yayması ile ısı enerjisine dönüşür.

Enerji canlı organizmalarda da benzer şekilde form değiştirir. Örneğin ATP molekülünün bağlarında depolanmış enerji (potansiyel enerji), bir motor proteinin ve taşıdığı yükün mikrotübül boyunca hareketine veya kas hücrelerinin bir uzvu oynatmak (kinetik enerji) için kasılması için güç sağlar.