Devridaim Makinaları: Yok Öyle Beleşe!

Yeni bir buluş bulabilirsiniz. Bu buluş bilinen pek çok teoriye uymayabilir, Newton’un ve Einstein’ın yasalarına dahi karşı gelebilir. Bu buluşunuzun sınanmayacağı, doğruluğuna ihtimal verilmeyeceği anlamına gelmez. Ancaaak… Buluşunuz termodinamik yasalarına uymuyorsa, orada ciddi bir hata yapmışsınızdır demektir.

Dünya’da kaynaklar sınırlı ama ihtiyaçlar sonsuz… Herkesin diline pelesenk olduğu gibi, enerji ihtiyacı en büyük ihtiyaç. Ülkelerin enerji ihtiyaçları giderek artarken çoğumuz gelecekte savaşların başlıca nedenlerinin enerji olacağını tahmin ediyoruz. Zira petrol coğrafyası olan Orta Doğu’da bir güç mücadelesi olmadığını söylemek zor. Bu yüzden enerji sorununu çözmenin Dünya gezegeninde bir barış ortamı sağlayacağını söyleyenlere de haksız diyemeyiz.

Sonsuz ve bedava enerjinin sonsuz ihtiyaçları karşılayabileceğini, ekonomik sistemleri değiştireceğini ve hatta akabinde siyasal sistemlere de evrim geçirteceği dikkate alınabilecek bir teori olabilir. Yalnız… Sonsuz enerji eldesi gerçekten de mümkün müdür? Zaman zaman basında çıkan “sonsuz ve temiz enerji” iddialarını ne derece dikkate almalıyız? Termodinamik yasaları ışığında sonsuz enerji konusunu hep beraber irdeleyelim.

Sınırsız Enerji ya da Devr-i Daim Makinaları

Yıl 2006. Şirketlerden birisi “Erke Dönergeci” adında, Türkçe terimleri “enerji motoru” anlamına gelecek şekilde güzelce bir araya getirerek adını verdikleri yeni bir makinadan bahsettiler ve geniş katılımlı bir toplantı organize etti. Dönemin kuvvet komutanları ve devletlilerinin de katıldığı (eski Genelkurmay Başkanı İsmail Hakkı Karadayı, emekli Orgeneral Necati Özgen, emekli Orgeneral Kemal Yavuz, emekli Orgeneral Fikret Boztepe, emekli Korgeneral Köksal Karabay ve eski Yargıtay Cumhuriyet Başsavcısı Vural Savaş) toplantı basında büyük yer buldu ve komplo teorilerine meydan verecek şekilde toplantı hiçbir sonuç vermedi ve hiçkimse hiçbir açıklamada bulunmadı. “Erke Dönergeci” ismi piyasadan kalktı. (1)

Aynı yıl İrlanda’da benzer bir kampanya gerçekleştirildi. Steorn isimli şirket Economist dergisine tam sayfa ilan vererek geliştirdikleri Orbo adlı cihazla sonsuz enerji üretmenin bir yolunu bulduklarını duyurdu. Bu cihazı test etmek isteyen 12 bilim insanı aradıklarını da belirten ilan Bernard Shaw’ın “Tüm büyük gerçekler ilk ortaya çıktığında saçmalık gibi gelir” özdeyişini de içeriyordu. Firmanın 2007’de halka açık testinde makina çalışmadı. 2009 yılındaki gösteride de aletlerinin hünerini ispatlayamadılar.(1)(4)

Konu enerji olunca belki de hızlı bir şekilde nakte dönüştürülebileceği için zaman zaman çeşitli mucitlerin sonsuz enerjinin yolunu bulduklarına yönelik haberler sürekli olarak piyasaya düşüyor… Erke Dönergeci ve Orbo örneklerini saymazsak, bu gibi icat ve iddialar genelde termodinamik bilgisinden yoksun ya da bu bilgiyi tam anlayamamış olduğu belli olan bir kitleden geliyor. Bu kitlenin hep ölüm tehdidi almaktan, üniversitelerin kapılarını yüzüne kapatmasından, icatlarını kimsenin anlamıyor olmasından sitem etmeleri de ortak özelliği. Maalesef bu mucitlerden hiçbiri kendi evindeki enerji ihtiyacını bedavaya getirebilmiş değil.

Haydi biraz hayal kuralım ve neşemiz yerine gelsin…

Mesela öyle bir termosumuz olun ki, içerisine sıcak kahve koyalım ve üç gün sonra termosun kapağını açtığımızda kahvemizi olduğu gibi sıcak, içilebilir bulalım. Ya da evimizi öyle bir yapalım ki, kış mevsimi başladığında kaloriferi bir gün yakalım, bütün kış o sıcaklıkla oturalım. Olmadı mı?

O halde öyle bir parfüm alalım ve bunu kıyafetlerimize sıkalım. Ama az sonra bundan sıkıldığımız için parfümün kapağını açalım ve üzerimizdeki koku gerisin geriye şişeye girsin. Ya da yemek yaparken soğan kavurduğumuzda öyle bir mekanizma kuralım ki, soğan kokusu ince bir hat halinde pencereden çıkıp gitsin? Bu da mı olmadı?

O halde öyle bir otomobil tasavvur edelim: Her gün, ilk günkü kadar yeni. Hiçbir bakım masrafı yok. Hatta ve hatta otomobil hareket etsin ve hiç benzin harcamasın. Yolları öyle bir yapalım ki, yokuş insin, yokuş çıksın, iniş hızımızla yokuşları çıktıkça İstanbul’dan Ankara’ya varalım, böylece motoru bile çalıştırmayalım. Yine mi gol değil?

Evet… Yine olmadı. Yine gol değil… Başlığımızda da dediğimiz gibi: YOK ÖYLE BELEŞE.

Termodinamik Yasaları ve Entropi

Termodinamik Yasaları, adından da anlaşılabileceği gibi ısının, dolayısıyla enerjinin hareketini belirleyen yasalardır. Dört adettir.

Sıfırıncı yasa aynı sıcaklıkta bir arada bulunan sistemlerin ısıl bir denge hali içerisinde olduğunu söyler. Yani şu an içerisinde bulunduğunuz odada enerjiye maruz kalmayan (ısınmayan, üzerine güneş vurmayan vs.) tüm nesnelerin sıcaklığı eşittir ve dengededir. (Bir süre sonra kahvemizin soğuması bundan)

Birinci yasa ısı ve işin de bir enerji olduğunu, yoktan var edilemez ve vardan yok edilemez olduğunu söyler.

İkinci yasa, az sonra detaylıca bahsedeceğimiz entropiyi tanımlayan yasadır. Entropinin daima arttığını, başka bir deyişle ısı enerjisinin sıcak olandan soğuk olana aktığını söyler. (Bu önemli bir yasadır. Bugün bize bu durum çok normal gelse de fiziğin pek çok prensibinin anlaşılamadığı zamanlarda sıcaklığın molekül ve atomların kinetik enerjileri olduğu bilinmiyordu. Hatta ısının cisimlerden cisimlere akan kalori adında bir sıvı olduğu bile düşünülüyordu.)

Üçüncü yasa ise entropinin artmamasının, yani enerji kaybetmeden iş yapmanın ancak ve ancak sıcaklığın mutlak 0, yani -273 derece olması halinde geçerli olacağını söyler. Kainatta böyle bir yer yoktur. Uzay boşluğunda dahi sıcaklık 4 K’dir.

Biz şimdilik, entropiyi tanımlayan ikinci yasa ile ilgileneceğiz.

Entropi tabiatın çok temel bir ilkesi olmasına karşın oldukça geç keşfedilmiş bir kavramdır. Buhar makinalarının icat edildiği zamanlarda Fransız düşünür Carnot’nun makinaların verimi konusundaki çalışmalarında hesaba katmadığı bir kavram olduğunu keşfeden Alman düşünür Clausius tarafından ortaya atılmıştır(3). Aslında Clausius, makinaların verimine yönelik bir formülasyon bulmuş olsa da çok temel bir doğa kanununu ortaya koymuştur.

Entropinin matematiksel yorumuna girmeyeceğiz, zira çok da gerekli değil. Ama fiziki yorumu kısa:

“MİNİMUM ENERJİ, MAKSİMUM DÜZENSİZLİK”

Tamam tamam… Kabul ediyorum. Cümle bu haliyle korkutucu, ama biraz örneklendirirsek basit bir hale gelecek.

Söz gelimi kor haline gelmiş bir kömür parçasını düşünün. Bu kömür üzerinde depolanmış bir enerji var ve kömür kendi enerjisini düşürmek, yani minimize etmek için bu enerjiyi yayıyor. Bu sırada ne yapıyor? Çevresinde bir düzensizlik yaratıyor: Kömürün çevresinde her ne varsa ısınıyor, ısındıkları için hareket ediyor / bozuluyor / şekil değiştiriyorlar.

Başka bir örnek daha verelim: Elimizde cam bir bardak var. Bu bardağı yere fırlattığımızda onun parçalarını bir arada tutan bağlar kopacak ve enerjilerini salacaklar. Bu sırada da süpürmesi zor bir düzensizlik yaratacaklar. Her yana dağılmış cam parçaları düzensizce uçacak. (Bu cam parçalarının dağılırken adınızı yazmış olması ne kadar zor değil mi? İstatistiksel entropi kavramı için bu taraftan.)

Bir örnek de günlük hayatımızdan. Beğendiğimiz parfümü kıyafetimize sıktığımız zaman o da düzensizlik yaratacak şekilde odaya dağılacak. Onu şişeye koymak için kullanılan enerjiden eser kalmayacak. Odanın her yanında oradan oraya uçuşan koku molekülleri artık önü alınmayan bir süreci başlatmış olacak.

Eğer “minimum enerji ve maksimum düzensizliği” anladı isek, artık entropiyi anlayabiliriz.

Şimdi bu üç örneğe dayanarak soruyorum: Sizce hangisi daha çok enerji gerektirir?

Kömürün yanması mı? Bir kömür oluşturmak mı?

Bir bardağı kırmak mı? Yoksa kırılmış cam parçalarını bardağın ilk günkü haline dönüşterecek kadar özenle yapıştırmak mı?

Parfüm sıkıp güzel güzel kokmak mı? Dağılmış parfüm moleküllerini şişesine geri sokmak mı?

Bu işlem ikilileri birbirinin tersi gibi gözükse de gerektirdikleri çaba ve enerji bakımından hiç de öyle değillerdir. İşte bu farka TERSİNMEZLİK denir. Yani her işlem içerisinde geri döndürülemez, geri döndürülmek istense, kendi halinde gerçekleştiğinden daha fazla enerji ve çaba gerektiren bir süreç barındırır.

Örnekler çoğaltılabilir:

Bir elektrik ampül yanarken çevresindeki havayı bir miktar ısıtacaktır. Burada elektrik enerjisi, ısı ve ışık enerjisine dönüşmüştür. İşlemi tersine çevirdiğinizde aynı sonucu elde etmeniz mümkün değil. Yani ampulün yaydığı ısı ve ışık, sönük bir ampüle verildiğinde onu aynı parlaklıkta yakacak bir durum yaratamazsınız.

Bir örnek de evlerimizdeki vantilatörlerden (Sayıları kolay olsun diye tamamen atıyorum):220 Voltluk gerilimle, 1 A akımla çalıştırdığımız vantilatörümüz dakikada 1000 devir dönerken havayı bir 2 m/s hızla ittiriyor olsun. Durmuş bir vantilatöre 2 m/s hızla hava üflediğinizde 1000 devir dönüş, dolayısıyla da 220 V’luk bir gerilim ve 1 A akım elde edemezsiniz.

TERSİNMEZLİK budur ve bir süreçte tersinmezlik var ise ENTROPİ artmıştır.

Bir işlemin tersini almak istiyorsanız, ona mutlaka daha fazla enerji vermek gerekir. Kısacası, bir şeyleri düzeltmek için onları bozmak için olduğundan daha çok enerji harcamak zorundasınız!

“ENTROPİ PRATİKTE ASLA AZALMAZ”

Yani doğada hiçbir zaman üç koyup beş alamazsınız. Ancak pratikte böyle olsa da, teoride üçüncü yasanın işaret ettiği gibi, o da özel koşullarda olmak üzere sadece “sıfır” olabilir.

“İDEAL DURUMLARDA ENTROPİ DEĞİŞMEZ”

Pratikte ideal durum yoktur!

İlla ki fiziksel düşünmeyin. Entropi natüralist bir yaklaşımla sosyal ve siyasal pek çok olguya da uygulanabilir: Hiç ilgi göstermediğiniz bir çocuğun sağlıklı bir karakter elde edebileceğini düşünmek olası mıdır? Sigarayı bırakmanın ona başlamaktan daha kolay olduğunu söyleyebilir miyiz? Ya da ölü bir balığın akıntıya karşı yüzdüğünü söylesem ne kadar mantıklı bulurdunuz?

Devri daim makinaları

Şimdi örnek olarak hep birlikte şöyle bir makine tasavvur edelim.

Elimizde bir adet dinamo olsun. Dinamolar, hareket enerjisini elektrik enerjisine çevirirler. Bisikletlerde biz tekeri döndürdükçe yanan ışıklar, ya da bir farenin / hamster’ın çevirdiği çarka bağlı yanan bir ampül dinamo kullanıyor demektir. Bu dinamoyu bir vantilatörün göbeğine bağlayalım. Yani o vantilatör döndükçe dinamo da dönsün ve elektrik enerjisi sağlasın. Bu elektrik enerjisini de vantilatörün motoruna verelim.Yani bu vantilatöre elektrik geldikçe bu vantilatör dönsün.

Entropinin hiç artmadığı bir evrende böyle bir sistem nasıl çalışırdı?

Elimle vantilatörü bir kez çevirirdim. Dönen dinamo elektrik üretirdi. Bu elektrik vantilatörü çevirmeye devam ederdi. Vantilatör döndükçe dinamo da döndüğü için, sürekli bir enerji kaynağı elde ederdim.

Ama YOK ÖYLE BELEŞE!

Neden? Elektrik telleri ısınacak. Motorun bir direnci var. Dinamonun hareketli parçalarının bir sürtünmesi var. Ayrıca vantilatör dönerken hava da ona karşı koyar ve vantilatör enerjisinin bir kısmını bu hava direncini yenmek için kullanmalı.

Tamamen sürtünmesiz bir ortam oluşturulabilir mi? I-IH… Uzayda hava sürtünmesinden kurtulunabilir ama birbirine temas eden hareketli iki parça arasında olacak iş değil. Üstelik teller “dünya ahiret dirençlidir”.

Tamamen dirençsiz bir tel bulunamaz mı? I-IH. O da olmaz. Süper iletkenler çok küçük akımları iletecek kadar dirençsizdir ve hatta kritik bir sıcaklık altında sıfır direnç gösterebilirler, ama gerekli soğuk ortamı yaratmak da bedava değildir ve o ortam için de enerji harcamak zorundayız.

O halde sistemin bana verdiğim enerjiden fazlasını çıkarıyor olması gerek ki, tüm bu sürtünmeleri ve ısı kayıplarını yensin… Bu enerji fazlası, enerjiyi yoktan var etmek demektir. Bildiğimiz en temel kanun, ne enerjinin, ne de onun yoğunlaşmış bir hali olan maddenin yoktan var edilemeyeceğidir.

Kısacası “bir devridaim makinası mümkün müdür?” sorusunun yanıtı için bir deyimimiz vardır, hepimiz biliriz:

EŞYANIN TABİATINA AYKIRI!

İşte EŞYANIN TABİATI ENTROPİ’dir.

Son olarak termodinamik yasaları hakkındaki genel bir espriyi paylaşayım:

0. Yasa: Maçı oynamak zorundasın.

1. Yasa: Maçı kazanamazsın.

2. Yasa: Ancak çok soğuk bir günde berabere kalırsın.

3. Yasa: Hava o kadar soğuk olmaz (2).

NOTLAR / KAYNAKLAR

(1) http://www.radikal.com.tr/Radikal.aspx?aType=RadikalDetayV3&ArticleID=1069667&CategoryID=77
(2) http://en.wikiquote.org/wiki/Thermodynamics
(3) Bu öykü “Dünya’yı Değiştiren Beş Denklem” adlı kitapta pek güzel anlatılmaktadır.
(4) http://en.wikipedia.org/wiki/Steorn
(5) Yunus A. Çengel, Micheal A. Boles, “Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik“, Literatür Yayınları, 2002.

AÇIK BİLİM RADYO PROGRAMI’NIN İLGİLİ BÖLÜMÜ

Tevfik Uyar ve Ömer Cansızoğlu’nun hazırlayıp sunduğu Açık Bilim Radyo Programı’nın “Entropi” konulu altıncı bölümü:

Yazının Orijinali:
http://yalansavar.org/2012/12/03/devridaim-makinalari-yok-oyle-belese/

Like what you read? Give Tevfik Uyar a round of applause.

From a quick cheer to a standing ovation, clap to show how much you enjoyed this story.