Bir elektrik motoru, $100$ J elektrik enerjisi harcayarak bir cismi $2$ metre yüksekliğe çıkarıyor ve bu sırada cismin potansiyel enerjisini $80$ J artırıyor. Buna göre, motorun verimi ve enerji dönüşümü hakkında ne söylenebilir?
A) Motorun verimi %80'dir ve elektrik enerjisinin tamamı potansiyel enerjiye dönüşmüştür.Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyerek enerji dönüşümleri ve verim kavramlarını daha iyi anlayalım.
Bir elektrik motoru için iki temel enerji değeri verilmiştir:
Motorun harcadığı toplam elektrik enerjisi (Girdi Enerjisi) = $100$ J. Bu, motorun çalışmak için aldığı enerjidir.
Cismin kazandığı potansiyel enerji (Faydalı Çıktı Enerjisi) = $80$ J. Bu, motorun yaptığı işin sonucunda elde edilen, bizim için faydalı olan enerjidir.
Verim, bir sistemin ne kadar etkili çalıştığını gösteren bir orandır. Faydalı çıktının, toplam girdiye oranı olarak hesaplanır ve genellikle yüzde (%) olarak ifade edilir.
Verim $(\eta) = \frac{\text{Faydalı Çıktı Enerjisi}}{\text{Toplam Girdi Enerjisi}} \times 100\%$
Şimdi değerleri yerine koyalım:
$\eta = \frac{80 \text{ J}}{100 \text{ J}} \times 100\%$
$\eta = 0.8 \times 100\%$
$\eta = 80\%$
Yani, motorun verimi %80'dir.
Motor $100$ J enerji harcadı, ancak bunun sadece $80$ J'sini cismin potansiyel enerjisine dönüştürebildi. Enerjinin korunumu ilkesine göre, enerji yok olmaz, sadece başka formlara dönüşür.
Kayıp Enerji = Toplam Girdi Enerjisi - Faydalı Çıktı Enerjisi
Kayıp Enerji = $100 \text{ J} - 80 \text{ J} = 20 \text{ J}$
Bu $20$ J enerji nereye gitti? Elektrik motorları çalışırken sürtünme, hava direnci ve elektrik akımının dirençle karşılaşması gibi nedenlerle enerji kaybederler. Bu kayıp enerji genellikle ısı enerjisine (motorun ısınması) ve bir miktar da ses enerjisine dönüşür. Dolayısıyla, elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşmüştür.
Şimdi bulduğumuz sonuçları seçeneklerle karşılaştıralım:
A) Motorun verimi %80'dir ve elektrik enerjisinin tamamı potansiyel enerjiye dönüşmüştür. (Verim doğru, ancak tamamı dönüşmediği için bu ifade yanlıştır.)
B) Motorun verimi %80'dir ve elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşmüştür. (Hem verimimiz doğru hem de enerji kaybının ısıya dönüştüğü bilgisi doğrudur. Bu seçenek doğru cevaptır.)
C) Motorun verimi %20'dir ve elektrik enerjisinin tamamı potansiyel enerjiye dönüşmüştür. (Verim yanlış hesaplanmıştır.)
D) Motorun verimi %20'dir ve elektrik enerjisinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşmüştür. (Verim yanlış hesaplanmıştır.)
E) Motorun verimi %100'dür ve enerji kaybı olmamıştır. (Verim yanlış hesaplanmıştır ve enerji kaybı olmuştur.)
Yaptığımız hesaplamalar ve enerji dönüşümü analizi sonucunda, motorun veriminin %80 olduğunu ve harcanan elektrik enerjisinin bir kısmının (20 J) ısı enerjisine dönüştüğünü görüyoruz.
Cevap B seçeneğidir.
