Bir yakıtın enerji yoğunluğu, ilk değerlendirmesi 2009 yılında yapılan IB Fizik müfredatından (FA2009) günümüze dek öğretim programında yerini almıştır. Ancak ilk değerlendirmesi 2016 yılında yapılan müfredatta (FA2016) tanım değiştirilmiş ve yakıtın özgül enerjisi ile enerji yoğunluğu arasında bir ayrım yapılmıştır. Bu, bir müfredatta nasıl hatalar yapılıp sonra düzeltilebileceğine dair mükemmel bir örnek olduğu gibi bilimdeki kendi kendini düzeltme geleneğini yansıtması açısından çok önemli bir örnektir. Üç belgeye atıfta bulunacağım: 2009’daki ilk değerlendirme (FA2009), 2016’daki ilk değerlendirme ve 2025’teki ilk değerlendirme (FA2025) için IB Fizik Kılavuzu.
FA2009’da Enerji Yoğunluğunun Tanımı
Enerji yoğunluğu “Konu 8: Enerji, güç ve iklim değişikliği” başlığı altında “8.2 Dünya enerji kaynakları” alt başlığında “8.2.3 Bir yakıtın enerji yoğunluğunu tanımlayınız” değerlendirme ifadesinde tanımlanmıştır. Bu değerlendirme ifadesine eşlik eden öğretmene not “Enerji yoğunluğu $Jkg^{-1}$ cinsinden ölçülür.” şeklindedir. Paper 1’de, doğrudan bu tanımla ilgili yaklaşık beş soru sorulmuştur. Bu öğretim programına göre ya enerji yoğunluğunu kütle başına enerji olarak tanımlıyoruz ya da enerji yoğunluğunun SI birimini $Jkg^{-1}$ olarak alıyoruz. Bu soruları FA2016’dan sonraki bilgilerimizle cevaplasaydık, cevabımız bilimsel olarak doğru olsa da cevap anahtarına göre yanlış yapmış olurduk. Neden mi? Çünkü enerji yoğunluğu kütle başına enerji değildir.
FA2016’da Özgül Enerji ve Enerji Yoğunluğu Arasındaki Fark
FA2016’da enerji yoğunluğu özgül (spesifik) enerjiden ayrılmıştır. FA2009’da enerji yoğunluğu olarak adlandırılan kavram, bir yakıt için özgül enerji: kütle başına enerji haline gelmiştir. Enerji yoğunluğu en başta olması gereken kavram gelmiştir: Bir yakıt için hacim başına enerji. SI birimi özgül enerji için $Jkg^{-1}$ ve enerji yoğunluğu için $Jm^{-3}$‘tür.
Fizikte, özgül kelimesini içeren bir terim duyduğumuzda, kütle ile ilgili bir orandan bahsettiğimizi biliriz. Örneğin, özgül ısı kapasitesi c gibi. Ne zaman bir terimde yoğunluk kelimesini duysak, hacim ile ilgili bir orandan bahsettiğimizi biliriz. Örneğin, kütle yoğunluğu $\rho$ gibi.
Bu iki terimi ilişkilendirmek için belirleyici soru şudur: aşağıdaki oranın sonucu nedir?
$$ \frac{enerji \space yoğunluğu}{özgül \space enerji} = ? $$
Cevap yakıtın kütle yoğunluğudur. Siz bulabildiniz mi? Yorumlarda cevabınızı bekliyorum.
FA2025’te Enerji Yoğunluğunun Dahil Edilmesi Ancak Spesifik Enerjiden Bahsedilmemesi
FA2025’te enerji yoğunluğu “A.3 İş, enerji ve güç” konusundaki kazanımlara dahil edilmiştir. Öğrencilerin “yakıt kaynaklarının enerji yoğunluğunu” anlamaları beklenmektedir. Ancak ne enerji yoğunluğunun tanımı verilmiş ne de özgül enerjiden bahsedilmiştir. Her ikisini de dahil etmek ve her ikisinin de tanımlarını vermek daha iyi bir yaklaşım olabilirdi.
Sonuç
Hatalar yapıldığında ve düzeltildiğinde, kendi kendini düzeltme süreçlerine olan güven artar. Ancak, müfredat belgeleri belirsizlik içerdiğinde, ders kitabı yazarlarının sadece kazanımları yorumlaması değil, bazen müfredat yazarlarının zihinlerini okuması da gerekiyor. FA2025’te enerji yoğunluğunun hacim başına enerji olarak yorumlanacağını düşünüyorum. Son olarak, enerji yoğunluğunun basınç anlamına da gelebileceğini biliyor muydunuz?