İlk güneş enerjisi tarlası

Türkiye’nin ilk termal güneş enerjisi santrali ise İstanbul İkitelli’de kuruldu.

İstanbul Büyükşehir Belediyesi, Tübitak Marmara Araştırma Merkezi ve İnosol Enerji’nin ortak çalışması ile hayata geçen proje henüz küçük, 500 kW kurulu gücü var.

Ancak santral öngörülenden çok daha verimli bu yüzden aynı proje kapsamında 2 MW'lık yeni bir tesis kurma yönünde çalışmalar başlıyor.

İstanbul İkitelli'de kurulan santral için yaklaşık 4 milyon lira harcama yapıldı. Hedef, proje kapsamında 2 megavatlık (MW) yeni bir santral kurmak. Ayrıca proje, havaalanları, büyük alışveriş merkezleri gibi yoğun elektrik tüketimi olan merkezlere yaygınlaştırılacak.

İkitelli'de kurulan tesis 500 kilovat kapasiteyle Türkiye'nin ilk yerli güneş enerjisi tarlası (kolektör sistemi) olma özelliğini taşıyor. Yüzde yüz yerli üretimle Türk mühendisler tarafından tasarlanan proje Türkiye'yi, İspanya, Amerika, Almanya ve İsrail'den sonra güneş enerjisi teknolojisi üretebilen 5'inci ülke yaptı.

Yeni üretilen teknoloji, güneş enerjisinden elektrik üretiminin yanı sıra soğutma ısıtma, su damıtma amacıyla da kullanılabilecek. Klimadan kaynaklanan elektrik sarfiyatını da azaltacak.

SÜPERİLETKENLİK NEDİR ?

Bir maddenin, enerji iletkenliğinde direncinin  ~0~olması durumuna, deniyor.1911 yılında ilk kez  Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes, belirli şartlarda civanın süper iletken olduğunu buldu.Sonraki yıllarda, bir kısmı Onnes tarafından olmak üzere, iki dizine den fazla elementin ve binlerce metal alaşımın da birbirlerinden  farklı şartlarda süper iletken olabileceği anlaşıldı.Her geçen gün bu maddelere yenileri ekleniyor.Bir maddenin, enerji iletkenliğinde direncinin  ~0~olması durumuna,

Bugün hala, insanların yaşayabilecekleri şartlarda ve sıcaklıklarda bilinen teknolojik uygulamalarda kullanılabilecek özelliklere sahip süper iletken bir madde bulunmuş değildir.Her şey bir yana böyle bir süper iletken madde bulunduğunda,öncelikle,insanlık tarihinin en önemli enerji tasarrufu imkanı kendiliğinden ortaya çıkacaktır.Bu tasarruf, sadece daha önce kullanılmayan enerjinin nihai kullanım noktasına kadar gelmesi ile elde edilecek bir tasarruf değil, aynı zamanda özellikle cisimlerin hareketi sırasında, sürtünmeden kaynaklanan enerji kayıplarından da büyük ölçüde kurtulmasıdır.

Süper iletkenlik olgusu elektronların davranışıyla belirlenir:Süper iletken bir metalin kristal örgüsündeki serbest elektronların,civarlarındaki pozitif iyonlarla etkileşmeleri örgüde kusurlara neden olur.Bunun sonucunda, normalde birbirlerini itmesi gereken elektronlar arasında dolaylı bir çekim kuvveti, dolayısıyla metal içinde elektron çiftleri oluşur.Cooper çiftleri adı verilen bu elektron çiftlerinin saçılma ile birbirlerinden ayrılmaları zordur.Üstelik bu çiftlerin saçılmayı önleyici kuantum özellikleri de vardır.Bu çiftler süper iletkenliğin sorumlusudur.Çünkü metallerde elektriksel iletkenlik temelde saçılmaya bağlıdır;ne kadar az sayıda saçılma olursa metal elektriksel olarak o kadar iyi iletken hale gelir.

Süper iletkenlik olgusunun kuramsal olarak açıklanması yüzyılımızın ortalarında John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer isimli üç Amerikalı fizikçi tarafından yapıldı ve bu çalışmaları onlara Nobel ödülü kazandırdı.

FİZİK PARADOKSLARI-1

'Karşı konulmaz bir kuvvet', 'kımıldatılamaz bir kütle' ile karşı karşıya geldiğinde ne olur ? ... Bu bir paradoks.Çünkü kuvvet galip gelirse,o 'karşı konulamazlığını korurken,kütle kımıldatılamaz olmaktan çıkar.Aksi halde,kütle kımıldatılamazlığını korurken,kuvvet karşı konulamaz niteliğini yitirir.Aslında böylebirer kuvvet ve kütlenin var olması,kuramsal olarak mümkündür.Ancak,ayrı dünya veya evrenlerde bulunmak zorundadırlar.HEr biri kendi dünyasına hükümran olabilir,ancak bu dünyaların çakışmaması gerekir.Çünkü,karşılaşmaları halinde bir tezatlık doğar.Bu,sözkonusu paradoksun mantıksal açıklaması.Fiziksel açıklaması ise şöyle olabilir : 'Karşı konulamaz',yani sınırsız büyüklükte bir kuvvetin hareketi,sınırsız enerjiye karşılık gelir.Enerji kütleye dönüşebildğinden,sınırsız enerji sınırsız kütleye yol açar ve bu kütle kendi üzerine çökerek,bir karadelik oluşturur.'Kımıldatılamaz kütle',yine öyle.Sonuç iki karadeliktir ve bunlar karşılaştıklarında,birleşip tek bir karadelik oluşturur.

FOTON KÜTLEYE SAHİP MİDİR ?

 Fotonların enerjisi sıfır değildir ve Einstein’ ın E=mc^2 denklemine göre enerji,  kütleye eşdeğerdir. Problem basittir: iki farklı kütle tanımı kullanılır. Bugün fizikçiler arasındaki baskın görüş fotonun kütlesiz olduğudur. Ancak fotona dalgaboyuna bağlı olarak “göreli bir kütle” atamak mümkündür. Bu fikir, bugün artık kullanılmayan “kütle” (tam olarak yanlış olmasa da) teriminin eski kullanımına dayanır.

“Göreli kütle” diye adlandırılan kütlenin eski tanımı parçacığa toplam enerjisi  ve ışık hızı  ile orantılı bir kütle tahsis eder:

.                                                         m=E/c^2                                   (1)

Bu tanımlama her cisme hıza bağlı bir kütle verir.

Modern fiziğe göre ise her cisim sadece bir kütleye sahiptir ve bu kütle değişmez bir niceliktir, yani hıza bağlı değildir. Bu tanım aşağıdaki şekilde verilir:

                                                     m=Eilk/c^2                                                                         (2)

burada  durgun haldeki cismin toplam enerjisidir.

Halk arasında ve bazı temel ders kitaplarında genellikle ilk tanım kullanılır. Fakat son yıllarda fizikçilerin büyük bir çoğunluğu ilk tanım yerine ikinci tanımı kullanmaktadırlar. Bazen “durgun kütle” veya “değişmez kütle” ifadeleri de kullanılmaktadır. Bu ifadeleri kullanmaktaki amaç sadece vurgu yapmaktır: kütle, kütledir. “Göreli kütle” ifadesi ise hiçbir şekilde kullanılmamaktadır.

Bu arada unutmayalım ki denklem (2) ile verilen kütlenin standart tanımı doğru değildir. Standart tanımı kullanarak bir cismin kütlesi ve enerjisi arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde yazılabilir:

                                              E=mc^2 / Kök içinde 1-V^2/C^2                                                                     (3)

veya

                                        .                          E^2=m^2c^2 + p^2c^2                                                (4)

Burada  cismin hızı, p ise momentumudur. Aslında herhangibir tanım bir çeşit herkes tarafından yapılan bir kabuldür. Pratikte fizikçiler bu tanımı uygun olduğu için kullanmaktadırlar. Aslında bir cismin “göreli kütlesi” enerjisi ile tam olarak aynı anlama gelmektedir. Fakat enerji yerine başka bir ifade kullanmak gereksizdir. Bir cismin kütlesi her ne kadar temel ve değişmez bir nicelik olsa da  bunu ifade eden bir kelimeye ihtiyaç duyarız.

“Göreli kütle” bazen kafaları karıştırabilir. Çünkü insanlar bu kavramı sadece Newton bağıntılarında kullanabileceklerini düşünmektedirler:

                                                                            F=ma                                                        (5)

ve

                                     .                                  F=Gm1m2/r^2                                                   (6)

Aslında bu denklemlerin rölativistik olarak doğru olduğu bir kütle tanımı yoktur: bu denklemler genelleştirilmelidir. Bu, “Göreli kütle” yerine kütlenin standart tanımı kullanıldığında daha net ve basittir.

Fotonlara geri dönecek olursak fizikçiler bazen hiçbir zaman durgun halde olmayan bir parçacığın “durgun kütle” sinden bahsetmenin anlamlı olup olmadığını düşünmektedirler. Bu sorunun cevabı şudur: “Durgun kütle” kavramı aslında yanlış bir adlandırmadır ve durgun halde olan bir parçacığın kütlesini anlamaya çalışmak gereksizdir. Teknik olarak bu, (4) denkleminden görüldüğü gibi parçacığın dört boyutlu momentumunun değişmez uzunluğudur. Tüm fotonlar için momentum sıfırdır. Diğer taraftan fotonun “göreli kütle” si frekansa bağlıdır. Morötesi fotonlar görünen fotonlardan daha enerjik, yani daha büyük kütlelidirler. Bu durum olayı aydınlatacağına daha da karmaşık hale getirir.  

Fotonun durgun kütleye sahip olduğunu ispatlayan herhangibir deney varmıdır?

Fotonun durgun kütlesi sıfır değilse, ayar invaryantığı (değişmezliği) ve yük korunumu ortadan kalkacağından kuantum elektrodinamiği teorisi sıkıntıya girer. Ancak teori ne derse desin yinede teoriyi kontrol etmek gerekir.

Fotonun durgun kütlesinin tam olarak sıfır olduğunu gösteren herhangibir deney  yapmak hemen hemen mümkün gözükmemektedir. Yapabileceğimiz en iyi şey ona bir sınır koymaktır. Sıfır olmayan durgun kütle, elektrostatik kuvvetteki ters kare kanununda değişime sebep olur. Çok büyük mesafelerde  bu değişimi daha da zayıflatan küçük bir sönüm faktörü olacaktır.

Statik manyetik alanların davranışı benzer şekilde modifiye edilir. Foton kütlesi üzerine konan limit gezegenlerin ilgili manyetik alanlarının uydu ölçümleriyle elde edilebilir. CCE (Charge Composition Explorer ) uzaygemisi eV’ luk bir limit değeri elde etti. Bu son derece hassas bir ölçümdü. Bu sonuç 1998 yılında Roderic Lakes tarafından Cavendish terazisi üzerine anormal kuvvetleri araştıran bir laboratuar deneyinde daha iyi sonuçlar elde edildi. Yeni limit eV’ di. Galaktik manyetik alanlar üzerine yapılan çalışmalar  eV’ den daha iyi bir limit önesürmüştür. Fakat bu metodun geçerliliği hakkında bazı şüpheler vardır.

Kaynaklar:

E. Fischbach et al., Physical Review Letters 73, 514--517 25 July 1994.

Chibisov et al., Sov. Ph. Usp. 19, 624 (1976).