Bazı Terimler : Enerji, İş, Isı Her fiziksel ve kimyasal sürece eşlik eden enerji ve enerji değişimleri ile gerçekleşir. Bu nedenle enerjinin doğası ve fiziksel ve kimyasal süreçler ile sıkı ilişkisini kavramak bu nedenle çok önemlidir. Enerjiyi; kabaca İş yapabilme yeteneği olarak tanımlanabilir. Kendinizi düşünerek bunun ne anlama geldiğini kavrayabilirsiniz. Çok fazla enerjiniz olduğunda çok fazla iş yapabilirsiniz. Enerjinizin az olduğunda da iş yapma konusunda da isteksiz olursunuz. Bu aslında tüm fiziksel ve kimyasal süreçler için de geçerlidir. Temelde kinetik enerji ve potansiyel enerji diye 2 tür enerjiden söz ederiz. Kinetik Enerji : Hareket enerjisidir. v hızı ile hareket eden m kütleli bir cismin kinetik enerjisi \rm E_k = {1 \over 2}mv^2 \qquad \qquad \qquad (1) ifadesi ile verilir. Birim analizini; \rm (kg)(m \; s^{-1})^2 \; = \; kg \; m^2 \; s^{-2} \; = \; (kg \; m \; s^{-2} )(m) \; = N \; m \; = J şeklinde yapabiliriz. Görüldüğü gibi kinetik enerjinin birimi Joule dür. Şekil 1 : m kütleli bir cismin yerçekimsel potansiyel enerjisi. Potansiyel Enerji : Bir kuvvet alanındaki konum ve yönelim enerjisidir. m kütleli ve g yerçekimi ivmeli bir ortamdaki bir madde h yüksekliğinde bulunan bir maddenin potansiyel enerjisi; \rm E_p = m g h \qquad \qquad \qquad (1) ifadesi ile verilir. Birim analizini; \rm (kg)(m \; s^{-2}) \; m \; = \; kg \; m^2 \; s^{-2} \; = \; (kg \; m \; s^{-2} )(m) \; = N \; m \; = J şeklinde yapabiliriz. Görüldüğü gibi potansiyel enerjinin birimi de Joule dür. Potansiyel enerji; yerçekimsel (kütlesel) potansiyel enerji, elektriksel potansiyel enerji, manyetik potansiyel enerji, elestik potansiyel enerji biçimlerinde bulunur. Her iki enerji de maddenin iş yapabilme kabiliyetinin ölçüsünü gösterir. Termodinamikte İş ; bir sistemle çevresi arasında, ısı türü dışında hacimsel, elektriksel, yüzeysel her tür enerji alışverişinin ortak adı. Şekil 2 : m sistemin ağırlık kullanılarak yükseltilmesi. İş, yerçekimi kuvvetine karşı bir ağırlığın yükseltilmesi durumu olarak tanımlandığında, mekanik enerji potansiyel enerji olarak depolanmış olur. Şekil 2 deki sistem ağırlık vasıtası ile yukarı doğru çıkarsa sistemin potansiyel enerjisi artar. Bu sistemin iş yapma kapasitesini arttıracaktır. Bu durumda sistem üzerine iş yapılmış demektir. Şekil 2 deki sistem aşağıya doğru inerken ağırlığı yukarı kaldıracaktır. Böylece Sistemin iş yapabilme gücü veya potansiyel enerjisi azalacaktır. Bu durumda sistem iş yapmış demektir. Sistemin iş yapma kapasitesi azalacaktır. Potansiyel enerjideki değişim iş olarak karşımıza çıkacaktır. Sistem 1 N luk bir kuvvet uygulayarak ağırlığı 1 metre yukarıya çıkartırsa, 1 Joule büyüklüğünde iş yapmış olur. Bu iş yapabilme kabiliyetinden 1 Joule kaybetmiş anlamını taşıyacaktır. Şekil 3 : James Joule un deneylerinde kullandığı düzenek.. 1849 da James Joule mekanik enerjinin, ısı eşdeğerini bulabilmek için bir düzenek tasarlamıştır (Şekil 3). Joule Düzeneği, suyla doldurulmuş yalıtılmış bir kap içerisine pedallı bir sistem koyarak, bu pedalları düşen bir ağırlık yardımıyla çevirmiştir. Suyun sıcaklık artışını çeşitli yüksekliklerden bıraktığı farklı ağırlıklarla deneyler gerçekleştirerek ölçmüştür. Joule bu deneylerinde; yapılan iş veya kaybedilen mekanik enerji ile ısı artışı veya suyun termal enerjisindeki artışın orantılı olduğunu göstermiştir. Mekanik enerjinin miktarı, kazanılan termal enerjinin büyüklüğü birbirine eşittir. Buradaki örnekte de görüldüğü gibi enerji bir formdan bir forma dönüşebilir. Bu Enerjinin Dönüşümü Prensibi olarak adlandırılır. Isı : Birbiri ile temasta bulunan farklı sıcaklıktaki maddelerden sıcak olandan soğuk olana enerji aktarımı meydana gelir. Sıcaklık farklarına bağlı olarak enerji aktarımı ısı olarak tanımlanır.