Bir aydınlatma direğinde kullanılan LED lamba 50 W elektrik enerjisi harcayarak 45 W ışık enerjisi üretmektedir. Bu lambanın verimi ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) Verim %90'dır çünkü harcanan enerjinin tamamı ışığa dönüşmüştürSevgili öğrenciler, bu soruda bir LED lambanın enerji verimliliğini hesaplamamız ve yorumlamamız isteniyor. Enerji verimi, bir sistemin harcadığı toplam enerjinin ne kadarını faydalı işe dönüştürdüğünü gösteren önemli bir ölçüttür.
Verim, bir sistemin veya cihazın aldığı enerjinin ne kadarını istediğimiz (faydalı) enerji türüne dönüştürdüğünü gösteren orandır. Hiçbir sistem, aldığı enerjinin tamamını faydalı enerjiye dönüştüremez. Enerjinin bir kısmı her zaman ısı, ses gibi istenmeyen başka enerji türlerine dönüşerek kaybolur.
Verim, aşağıdaki formülle hesaplanır:
Verim = $ rac{Faydalı \space Çıktı \space Enerjisi}{Harcanan \space Toplam \space Enerji} \times 100\%$
Harcanan elektrik enerjisi (Giriş enerjisi) = $50 \space W$
Üretilen ışık enerjisi (Faydalı çıktı enerjisi) = $45 \space W$
Burada "W" (Watt), gücü ifade eder. Enerji harcama ve üretme hızını gösterir. Verim hesaplamalarında enerji miktarları yerine güç değerleri de kullanılabilir, çünkü her ikisi de birim zamanda gerçekleşen enerji dönüşümünü temsil eder.
Şimdi formülü kullanarak lambanın verimini hesaplayalım:
Verim = $ rac{45 \space W}{50 \space W} \times 100\%$
Verim = $0.9 \times 100\%$
Verim = $90\%$
Lambanın verimi %90 olarak hesaplandı. Bu ne anlama geliyor? Lamba, harcadığı $50 \space W$ elektrik enerjisinin $45 \space W$'ını ışık enerjisine dönüştürüyor. Peki, aradaki $50 \space W - 45 \space W = 5 \space W$ enerji nereye gidiyor?
Enerjinin korunumu yasasına göre enerji yoktan var edilemez, vardan yok edilemez; sadece bir türden başka bir türe dönüşür. Bu durumda, $5 \space W$'lık enerji ışık enerjisine dönüşmeyip genellikle ısı enerjisine dönüşür. Lambanın ısınması bu durumun bir göstergesidir. Yani, harcanan enerjinin tamamı ışık enerjisine dönüşmemiştir; bir kısmı ısı olarak kaybolmuştur.
Bu nedenle, %90 verim, harcanan enerjinin tamamının ışığa dönüştüğü anlamına gelmez. Tamamı dönüşseydi verim %100 olurdu ki bu gerçek hayatta mümkün değildir.
A) Verim %90'dır çünkü harcanan enerjinin tamamı ışığa dönüşmüştür - Verim %90 doğru ancak harcanan enerjinin tamamı ışığa dönüşmemiştir (çünkü $5 \space W$ ısıya dönüşmüştür). Bu ifade yanlıştır.
B) Verim %90'dan azdır çünkü bir miktar enerji ısıya dönüşmüştür - Hesapladığımız verim tam olarak %90'dır. Ancak, bu %90'lık verim, mükemmel verim olan %100'den azdır. Seçenekteki 'Verim %90'dan azdır' ifadesi, 'Verim %100'den azdır' veya 'Verim mükemmel değildir' anlamında kullanılmış olabilir. Önemli olan, bu verimin %100 olmamasının sebebi olarak 'bir miktar enerji ısıya dönüşmüştür' açıklamasının tamamen doğru olmasıdır. Harcanan $50 \space W$'ın $5 \space W$'ı ısıya dönüştüğü için verim %100 değildir. Bu nedenle, enerji kaybını (ısıya dönüşümü) doğru bir şekilde açıklayan tek seçenek budur.
C) Verim %90'dır ve bu mükemmel bir verimdir - Verim %90 doğru ancak mükemmel verim %100'dür. Hiçbir gerçek sistem %100 verimle çalışmaz. Bu ifade yanlıştır.
D) Verim %90'dan fazladır çünkü üretilen enerji harcanandan fazladır - Verim %90'dır, %90'dan fazla değildir. Ayrıca üretilen enerji ($45 \space W$) harcanandan ($50 \space W$) azdır. Enerjinin korunumu yasasına göre üretilen enerji harcanandan fazla olamaz. Bu ifade kesinlikle yanlıştır.
Seçenek B'deki "Verim %90'dan azdır" ifadesi, "Verim %100'den azdır" anlamında kullanılmış ve bu durumun sebebi olarak "bir miktar enerji ısıya dönüşmüştür" doğru bir açıklama sunulmuştur. Yani, %90 verim, %100'den azdır ve bu durum enerji kaybı (ısıya dönüşüm) nedeniyle böyledir.
Cevap B seçeneğidir.
