Elektrik Enerjisinin Dönüşümü, Üretimi ve Tasarrufu

Konuya Giriş ve Öğrenilecekler

Elektrik, modern dünyanın en önemli enerji kaynaklarından biridir. Günlük hayatımızda kullandığımız pek çok aletin fişini prize taktığımızda veya düğmesine bastığımızda çalışmalarını sağlayan şey, elektriğin farklı enerji türlerine dönüşebilme yeteneğidir. Saç kurutma makinesi ısıtır, lamba aydınlatır, vantilatör döner. Tüm bunlar elektrik enerjisinin başka formlara dönüşmesiyle mümkündür.

Bu bölümde: - Elektrik enerjisinin ısı, ışık ve hareket enerjisine nasıl dönüştüğünü, - Evlerimize gelen elektriğin güç santrallerinde nasıl üretildiğini (hidroelektrik, termik, rüzgar, jeotermal, nükleer), - Güç santrallerinde hareket enerjisinin elektrik enerjisine nasıl çevrildiğini, - Enerji tasarrufunun ve bilinçli tüketimin neden önemli olduğunu öğreneceğiz.

1. Elektrik Enerjisinin Diğer Enerji Türlerine Dönüşümü

Elektrik enerjisi, direnci olan bir iletkenden geçtiğinde veya motor gibi düzeneklere ulaştığında farklı enerji formlarına dönüşür.

A. Elektrik Enerjisinin Isı Enerjisine Dönüşümü

Bir iletkenin üzerinden elektrik akımı geçtiğinde, iletkenin elektronlara karşı gösterdiği direnç (zorluk) sebebiyle ısı enerjisi açığa çıkar. Tıpkı ellerimizi birbirine sürttüğümüzde mekanik direncin (sürtünmenin) ısıya dönüşmesi gibi, tellerdeki elektrik direnci de ısı oluşturur.

Nerelerde Kullanılır? - Ütü, tost makinesi, elektrikli soba, su ısıtıcısı (kettle), fırın, saç kurutma makinesinin ısıtıcı kısmı. - Sigorta: Elektrik devresinde normalden fazla akım geçtiğinde çok fazla ısınarak eriyen ve devreyi keserek yangın çıkmasını önleyen güvenlik araçlarıdır. Sigortaların çalışması da elektrik enerjisinin ısıya dönüşmesi prensibine dayanır.

B. Elektrik Enerjisinin Işık Enerjisine Dönüşümü

Elektrik akımı bazı özel maddelerden geçtiğinde bu maddeler akkor hale (kızararak ışık yayan hale) gelir veya gazların ışımasını sağlar. - Ampuller: Geleneksel akkor flamanlı ampullerin içinde tungsten adı verilen direnci çok yüksek, erime noktası çok yüksek bir tel (flaman) bulunur. Elektrik bu telden geçerken tel o kadar çok ısınır ki (yaklaşık 2500°C) çevreye ışık yaymaya başlar. Bu ampuller elektrik enerjisinin %95'ini ısıya, sadece %5'ini ışığa dönüştürdüğü için verimsizdir. - Floresan ve LED Lambalar: Günümüzde daha çok tercih edilen bu lambalar, elektriği ısıya dönüştürmeden doğrudan ışığa dönüştürdükleri için çok daha verimlidirler.

C. Elektrik Enerjisinin Hareket Enerjisine Dönüşümü (Elektrik Motoru)

Elektrik enerjisinin hareket (kinetik) enerjisine dönüştürüldüğü sistemlere elektrik motoru denir. Elektrik motorunun içinde sargılar ve mıknatıslar bulunur. Elektrik akımı bu sargılardan geçtiğinde manyetik bir alan oluşturur ve mıknatısların itme-çekme kuvvetiyle dönme hareketi başlar.

Nerelerde Kullanılır? - Vantilatör, çamaşır makinesi (dönen kazan), mikser, elektrikli süpürge (motor kısmı), matkap ve elektrikli otomobiller.

Sık Karıştırılan Kavramlar

Yanlış Düşünce: "Saç kurutma makinesi sadece elektriği ısıya dönüştürür."
Doğrusu: Saç kurutma makinesi, hem elektrik enerjisini ısıya dönüştürür (içindeki ısıtıcı teller sayesinde) hem de hareket enerjisine dönüştürür (sıcak havayı dışarı üfleyen fanı döndüren elektrik motoru sayesinde). Çoğu elektrikli alette birden fazla enerji dönüşümü aynı anda yaşanır.

2. Hareket Enerjisinin Elektrik Enerjisine Dönüşümü (Jeneratör)

Elektrik motorunun tam tersi bir şekilde çalışan düzeneklere jeneratör (üreteç) denir. Jeneratörler, dışarıdan uygulanan hareket (mekanik) enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren araçlardır. İçyapısı elektrik motoruna çok benzer; dönen bir bobin (tel sargısı) ve etrafında mıknatıslar bulunur. Bobin mıknatıslar arasında döndürüldüğünde teller üzerinde elektrik akımı oluşur.

Bisikletlerde tekerleğe sürterek dönen ve farın yanmasını sağlayan dinamolar, küçük çaplı jeneratörlerdir. Tekerleğin dönme hareketi (kinetik enerji) dinamo sayesinde elektrik enerjisine dönüşür.

3. Elektrik Enerjisinin Üretimi (Güç Santralleri)

Evlerimizde, okullarımızda ve fabrikalarda kullanılan yüksek miktardaki elektrik enerjisi devasa tesislerde üretilir. Bu tesislere güç santrali denir. Güç santrallerinin neredeyse tamamının temel çalışma prensibi aynıdır: Bir enerji kaynağı kullanılarak bir türbin (büyük bir pervane) döndürülür. Dönen türbin jeneratöre bağlıdır. Jeneratörün dönmesiyle hareket enerjisi elektrik enerjisine dönüşür.

Farklı santral türleri, sadece "türbini döndürmek için" kullandıkları enerji kaynağına göre isimlendirilirler:

Hidroelektrik Santraller (HES):
Barajlarda yüksekte biriktirilen suyun potansiyel enerjisi vardır. Kapaklar açıldığında su hızla aşağı doğru akar (kinetik enerji). Bu hızlı akan su, dev türbinlerin çarklarına çarparak onları döndürür. Türbinler jeneratörleri çalıştırır ve elektrik üretilir. Çevreye zararlı gaz salmaz, yenilenebilir enerjidir.
Termik Santraller:
Kömür, doğalgaz veya petrol gibi fosil yakıtlar dev kazanlarda yakılır. Çıkan yüksek ısıyla sular kaynatılır ve çok yüksek basınçlı su buharı elde edilir. Bu basınçlı buhar, pervanelere (türbinlere) çarparak onları döndürür ve jeneratörler elektriği üretir. Fosil yakıt yaktığı için havayı çok kirletir ve sera gazı oluşturur.
Nükleer Santraller:
Uranyum, plütonyum gibi radyoaktif elementlerin atom çekirdeklerinin parçalanması sonucu ortaya çıkan devasa ısı enerjisi kullanılır. Bu ısıyla su kaynatılır ve oluşan yüksek basınçlı buhar türbinleri döndürerek elektrik üretir. Sera gazı salınımı yoktur ancak radyoaktif atık yönetimi zordur ve kaza riski tehlikelidir.
Rüzgar Santralleri (RES):
Rüzgarın sahip olduğu hareket (kinetik) enerjisi kullanılarak rüzgar güllerinin dev pervaneleri döndürülür. Pervaneye bağlı olan jeneratör doğrudan elektrik üretir. Temiz, yenilenebilir ve çevre dostudur.
Jeotermal Santraller:
Yeraltındaki magma tabakasına yakın olan ve aşırı ısınan yeraltı suları (sıcak su veya buhar şeklinde) yeryüzüne çıkarılır. Yeryüzüne büyük bir basınçla çıkan sıcak su buharı türbinleri döndürür ve jeneratör elektrik üretir. Yenilenebilir ve çevre dostudur. (Özellikle Ege bölgesinde sık görülür).

4. Elektrik Enerjisinin Bilinçli ve Tasarruflu Kullanımı

Elektrik, üretimi oldukça zor ve maliyetli bir enerjidir. Çoğu ülkede elektrik üretiminin büyük bir kısmı hala termik santrallerden (kömür ve doğalgaz) sağlanmaktadır. Bu durum, gereksiz elektrik kullanımının atmosferi kirletmesi, küresel ısınmayı artırması ve doğal kaynakları hızla tüketmesi anlamına gelir. Ayrıca elektrik enerjisinin depolanması çok zordur; üretildiği an tüketilmek zorundadır.

Tasarruf İçin Alınabilecek Önlemler: - Akkor ampuller yerine, enerjinin büyük bölümünü ışığa çeviren LED veya tasarruflu (kompakt floresan) ampuller kullanılmalıdır. - Beyaz eşya ve elektronik cihaz satın alırken enerji verimliliği yüksek olan A, A+, A++, A+++ sınıfı cihazlar tercih edilmelidir. A sınıfı cihazlar, aynı işi çok daha az elektrik harcayarak yapar. - Kullanılmayan televizyon, bilgisayar gibi aletler kumandadan kapatılmak yerine fişten çekilmeli veya düğmeli priz kullanılarak tamamen elektriği kesilmelidir. (Cihazların stand-by yani bekleme modunda yanan küçük kırmızı ışıkları bile elektrik tüketir). - Gün ışığından maksimum faydalanılmalı, gerekmedikçe lambalar yakılmamalıdır. - Bulaşık ve çamaşır makineleri tam dolmadan çalıştırılmamalıdır. - Bina yalıtımlarına dikkat edilerek klima ve elektrikli ısıtıcıların fazla enerji harcaması önlenmelidir.

Elektrik tasarrufu sadece faturalarımızı düşürmekle kalmaz, aynı zamanda ülkemizin enerji dışa bağımlılığını azaltır ve dünyamızın doğal dengesinin korunmasına büyük katkı sağlar.

Bölüm Özeti

Elektrik enerjisi ısıya, ışığa ve hareket enerjisine dönüştürülebilir. Elektrik motoru elektriği harekete, jeneratör ise hareketi elektriğe dönüştürür. Güç santrallerinde suyun, buharın veya rüzgarın gücüyle türbinler döndürülür ve jeneratörler aracılığıyla elektrik elde edilir. Elektrik üretiminin maliyeti ve çevreye etkisi sebebiyle enerji tasarrufu hayati öneme sahiptir; bu amaçla yüksek enerji sınıfı aletler (A++) ve LED ampuller kullanılmalıdır.