Verim nedir? Tanım ve örnek soru çözümü

Verim enerjiden faydalanma oranıdır. Kullandığımız aletler ve makineler enerjiyi bir biçimden başka bir biçime dönüştürür. Bu makinelerin çalışması için sağlanan enerjinin ne kadarını yararlı işe dönüştürdükleri verimle ifade edilir. Bir aleti ya da makineyi bir sistem olarak düşünürsek, sistemden çıkan faydalı işin sistemin çalışması için sisteme sağlanan enerjiye oranı verimdir. Matematiksel olarak şöyle gösterilir:

Verim = \frac{Yararli \space is}{Saglanan \space enerji} \times 100 Verim = \frac{Cikan \space enerji}{Saglanan \space enerji} \times 100

Ayrıca verim genellikle güç oranı şeklinde de gösterilir:

Verim = \frac{Cikan \space guc}{Saglanan \space guc} \times 100

Verimin yüzle çarpılmasının nedeni yüzde olarak ifade edilmesidir.

Devridaim makineleri ve verim

Eski çağlardan beri insanlar kendi kendine hiç durmadan çalışacak makineler tasarlamaya çalışmışlardır. Hiç enerji sağlamadan kendi kendine çalışacak bir motor yapabildiğinizi düşünün, ne elektrik faturası ne de yakıt parası ödemenize gerek kalırdı. Böyle bir makineye sonsuz döngülü yani devridaim makinesi adı verilir. Devridaim makinelerinin verimlerinin %100 olması gerekir, sisteme giren enerjinin tamamını kullanışlı işe dönüştürmelidirler.

Enerjinin korunumu yasasına göre enerji kapalı bir sistemin içinde korunur. Ancak her makinede enerjinin bir kısmı sürtünmeden ya da hava direncinden dolayı iç enerji biçimine dönüşür. Bu sıcaklığı artırır ama faydalı iş yapılmasına olanak sağlamaz. Ayrıca ses ve ışık gibi biçimlere dönüşerek de enerji bir daha yararlı olarak kullanılamaz hale gelebilir. Gerçek dünyada sürtünme hep vardır, bu nedenle mekanik enerji korunmaz. İşte bu yüzden verimi 100% olan makineler yapılamaz.

Örnek soru: Elektrik motorunun verimi

Elektrik motoru elektrik enerjisini kinetik enerjiye dönüştürür. Verimi %80 civarındadır. Peki elektrik gücü 1200 W olan bir elektrik motorunun sağladığı yararlı mekanik güç ne kadardır?

Elektrik motoruna sağlanan güç = yararlı mekanik güç + (ısı, ses gibi amaç dışı güç)

Verim = \frac{yararli \space guc}{saglanan \space guc} \frac{80}{100} = \frac{yararli \space guc}{1200 \space W}

Yararlı güç = 960 W

Amaç dışı güç = Sağlanan güç – yararlı güç

Amaç dışı güç = 1200 W – 960 W = 240 W

Elektrik motorunda 240 W güç boşa gitmiş oluyor.

Otomobil motorunun verimi

Otomobil motorları yakıttaki kimyasal enerjiyi kinetik enerjiye dönüştürür. Benzinli araçların verimi %25 civarındadır. Bunun anlamı otomobillere sağlanan enerjinin %75’inin amaç dışı enerjiye dönüştüğüdür. Elektrik motoruna göre çok verimsiz. İşte bu nedenle daha verimli elektrikli otomobiller tasarlanıyor.

Ampullerin ve lambaların verimi

Filamanlı ampuller elektrik enerjisini ısı ve ışık enerjisine dönüştürür. Aşağıdaki resimde gösterildiği gibi filamanlı ampullerin ışık yaymalarının sebebi ampulün filamanının ısınmasıdır. Ancak tam da bu nedenle filamanlı bir ampulün ışık olarak yaydığı enerji ısı olarak yaydığından oldukça azdır. Filamanlı ampullerin verimi %10 civarındadır, enerjinin %90’ı istenmeyen ısı olarak çevreye yayılır.

Kompakt florasan lambaların verimi yaklaşık %20’dir. Filamanlı ampullerin iki katı. Ama asıl verimli lambalar LED lambalardır. LED lambalar %95 verime kadar ulaşabiliyor. Hatta MIT’deki mühendisler 2012 yılında %230 verimli bir LED lamba yaptıklarını iddia etmişler. İnanır mısınız buna? Kaynaklarda linki var.

Verim ve enerji tasarrufu

Enerji yok edilemiyorsa neden enerjiyi tasarruflu kullanmak zorundayız? Çünkü aletlere ya da makinelere sağladığımız enerjinin büyük kısmı amaç dışı enerjiye dönüşüyorsa, boşa gidiyor demektir. Evdeki çamaşır makinesi, bulaşık makinesi, televizyon ve buzdolabı gibi eşyaların A sınıfı olması demek verimlerinin yüksek olması demektir. Yani sağlanan elektrik enerjisini amaçladığımız işe daha iyi dönüştürürler.

Verim ile ilgili Fizik dersi Kazanımları

9.4.4.1. Verim kavramını açıklar.

• Enerji tasarrufu ve enerji verimliliği arasındaki ilişki enerji kimlik belgeleri üzerinden açıklanır.

9.4.4.2. Örnek bir sistem veya tasarımın verimini artıracak öneriler geliştirir.

• Tarihsel süreçte tasarlanmış olan çeşitli verim artırıcı sistemlerin çalışma prensibine değinilir.

Kaynaklar

LED Verimi %100’ü aştı, https://phys.org/news/2012-03-efficiency.html