Harika bir çalışma! Fen Bilimleri dersimizin “Madde ve Endüstri” ünitesiyle ilgili bu soruları birlikte analiz edelim ve çözelim. Tıpkı sınıfta yaptığımız gibi, her adımı tek tek inceleyerek ilerleyeceğiz.
1. Aşağıdaki tabloda öz ısıları verilmiş maddelerden eşit miktarda alınıp özdeş kaplarda özdeş ısıtıcılarla eşit süre ısıtılıyor. Maddelerin ilk sıcaklıkları eşit olduğuna göre, ısıtma işlemi sonunda hangisinin son sıcaklığı diğerlerinden daha büyük olur? (Maddelerin hâl değiştirmediği varsayılacaktır.)
Çözüm:
Sevgili öğrencim, bu sorunun anahtarı öz ısı kavramını anlamakta yatıyor. Öz ısı, bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gereken ısı miktarıdır. Yani, bir maddenin ısınmaya karşı ne kadar “inatçı” olduğunu gösterir. Öz ısısı düşük olan maddeler çabucak ısınır, çabucak soğur. Öz ısısı yüksek olan maddeler ise geç ısınır ve geç soğur.
Adım 1: Soruda bize verilen bilgilere bakalım.
- Maddelerin miktarları (kütleleri) eşit.
- Özdeş ısıtıcılarla eşit süre ısıtılıyorlar, yani hepsine eşit miktarda ısı veriliyor.
- İlk sıcaklıkları da eşit.
Adım 2: Bizden istenen, son sıcaklığı en büyük olan maddeyi bulmak. Eşit ısı verdiğimizde, hangisinin sıcaklığı daha çok artarsa, onun son sıcaklığı en yüksek olur. Öz ısı tanımımızı hatırlayalım: öz ısısı küçük olan madde, aynı ısıyla daha çok ısınırdı.
Adım 3: Şimdi tablodaki öz ısı değerlerini karşılaştıralım.
- Demir: 0,11 J/g °C
- Kurşun: 0,031 J/g °C
- Cıva: 0,033 J/g °C
- Zeytinyağı: 0,47 J/g °C
Bu değerler arasında en küçüğü 0,031 J/g °C ile Kurşun’a aittir.
Adım 4: Öz ısısı en küçük olan madde Kurşun olduğu için, verilen eşit miktardaki ısıyla sıcaklığı en çok artacak olan madde de odur. Dolayısıyla son sıcaklığı en yüksek Kurşun olacaktır.
Sonuç: Doğru cevap B) Kurşun şıkkıdır.
2. Sabri, ilk sıcaklıkları eşit olan saf sulardan özdeş K, L ve M kaplarına farklı miktarda koyup özdeş ısıtıcılarla 2 dakika boyunca ısıtıyor. Buna göre kaplardaki saf suların son sıcaklıklarının arasındaki ilişki aşağıdakilerden hangisinde doğru verilmiştir?
Çözüm:
Bu soruda da aslında bir önceki sorudakine benzer bir mantık yürüteceğiz. Şöyle düşünelim: Ocağa bir cezve su mu koysak daha çabuk ısınır, yoksa bir tencere dolusu su mu? Elbette cezvedeki su daha çabuk ısınır, çünkü miktarı daha azdır. Miktar (yani kütle) arttıkça, aynı ısıtıcıyla aynı sürede sıcaklık artışı daha az olur.
Adım 1: Deneydeki koşulları inceleyelim.
- Her üç kapta da aynı madde var: saf su. Yani öz ısıları (c) aynı.
- Her üç kap da özdeş ısıtıcılarla, aynı süre (2 dakika) ısıtılıyor. Demek ki kaplara verilen ısı miktarları (Q) aynı.
- Değiştirilen tek şey, kaplardaki su miktarı (kütle – m).
Adım 2: Kaplardaki su miktarlarını karşılaştıralım.
- K kabı: 100 g saf su
- L kabı: 50 g saf su
- M kabı: 75 g saf su
Gördüğümüz gibi en az su L kabında, en çok su ise K kabındadır. Sıralama: L < M < K
Adım 3: Kütle ile sıcaklık artışı arasındaki ilişki ters orantılıdır. Yani kütlesi en az olanın sıcaklığı en çok artar, kütlesi en çok olanın sıcaklığı ise en az artar.
Adım 4: Bu durumda son sıcaklıkları büyükten küçüğe doğru sıralayalım.
- En az kütleye sahip olan L kabının son sıcaklığı en yüksek olur.
- En çok kütleye sahip olan K kabının son sıcaklığı en düşük olur.
- M kabının kütlesi arada olduğu için son sıcaklığı da diğer ikisinin arasında olacaktır.
Sıcaklık sıralaması: L > M > K
Sonuç: Doğru cevap B) L > M > K şıkkıdır.
3. Dilek aşağıdaki değişkenlere göre bir deney tasarlayacaktır. Buna göre Dilek, tasarlayacağı deneyde aşağıdaki düzeneklerden hangisini kullanmalıdır?
Çözüm:
Bu bir kontrollü deney sorusu. Kontrollü deneylerde üç tür değişkenimiz vardı, hatırlayalım:
- Bağımsız Değişken: Deneyde bizim bilerek ve isteyerek değiştirdiğimiz şeydir. Deneyin sebebi odur.
- Bağımlı Değişken: Bağımsız değişkene bağlı olarak değişen, bizim gözlemlediğimiz veya ölçtüğümüz sonuçtur.
- Kontrol Edilen (Sabit Tutulan) Değişken: Deneyin sonucunu etkilememesi için miktarını veya durumunu hiç değiştirmediğimiz, sabit tuttuğumuz faktörlerdir.
Adım 1: Sorudaki tabloda bize verilen değişkenleri inceleyelim.
- Bağımsız Değişken:Madde miktarı. Demek ki deneyimizde farklı miktarlarda madde kullanmalıyız.
- Bağımlı Değişken:Sıcaklık değişimi. Demek ki termometre ile sıcaklık değişimini ölçeceğiz.
- Kontrol Edilen Değişken:Maddenin cinsi, verilen ısı. Demek ki deneyimizde aynı cins madde ve özdeş ısıtıcılar kullanmalıyız.
Adım 2: Bu bilgilere göre kurmamız gereken deneyi özetleyelim: Aynı cins sıvıdan farklı miktarlarda alacağız, özdeş ısıtıcılarla ısıtıp sıcaklık değişimlerini ölçeceğiz.
Adım 3: Şimdi şıklardaki düzenekleri bu özete göre değerlendirelim.
- A) İki kapta da Su var (maddenin cinsi aynı, ✅). Birinde az, diğerinde çok su var (madde miktarı farklı, ✅). İkisi de özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor (verilen ısı aynı, ✅). Bu düzenek tam aradığımız gibi!
- B) İki kapta da Sıvı yağ var (cins aynı) ama miktarları da aynı. Bağımsız değişkenimiz olan “madde miktarı” farklı değil. Bu yüzden bu şık yanlış.
- C) İki kapta da Su var (cins aynı) ama miktarları da aynı. Bu şık da B ile aynı sebepten yanlış.
- D) Bir kapta Su, diğerinde Sıvı yağ var. Maddenin cinsi farklı. Oysa maddenin cinsi kontrol edilen değişken olmalıydı, yani aynı kalmalıydı. Bu yüzden bu şık da yanlış.
Sonuç: Aradığımız şartları sağlayan tek düzenek A) şıkkında verilmiştir.
4. Saf X maddesine ait sıcaklık-zaman grafiği aşağıdaki gibidir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
Çözüm:
Bu bir soğuma grafiği. Grafiği okurken şuna dikkat etmeliyiz: Sıcaklığın düştüğü eğimli kısımlarda madde tek bir hâlde bulunur. Sıcaklığın sabit kaldığı yatay (düz) kısımlarda ise madde hâl değiştiriyordur. Unutma, saf maddeler hâl değiştirirken sıcaklıkları sabit kalır!
Adım 1: Grafiği bölümlere ayırarak inceleyelim.
- Madde 110°C’den 70°C’ye soğuyor. Bu bölümde madde gaz hâlindedir.
- Sıcaklık 70°C’de bir süre sabit kalıyor. Madde soğuduğu için burada bir hâl değişimi var: yoğuşma (gazdan sıvıya geçiş). Demek ki bu maddenin yoğuşma noktası (ve aynı zamanda kaynama noktası) 70°C‘dir. Bu yatay çizgi boyunca kapta hem gaz hem de sıvı bir arada bulunur.
- Sıcaklık 70°C’den 20°C’ye düşüyor. Maddenin tamamı artık sıvı oldu ve soğumaya devam ediyor. Bu bölümde madde sıvı hâldedir.
- Sıcaklık 20°C’de tekrar sabit kalıyor. Burada ikinci bir hâl değişimi var: donma (sıvıdan katıya geçiş). Demek ki bu maddenin donma noktası (ve aynı zamanda erime noktası) 20°C‘dir. Bu yatay çizgi boyunca kapta hem sıvı hem de katı bir arada bulunur.
- Grafiğin devamında sıcaklık 20°C’nin altına düşseydi, madde artık katı hâlde soğumaya devam edecekti.
Adım 2: Şimdi şıkları bu bilgilere göre tek tek kontrol edelim ve yanlış olanı bulalım.
- A) X maddesi 10 °C’ta sıvı hâldedir.
Grafiğe göre madde 20°C’de donarak katı hâle geçiyor. Dolayısıyla 20°C’nin altındaki bir sıcaklık olan 10°C’de madde katı hâlde olmalıdır. Bu ifade yanlıştır. - B) X maddesinin donma sıcaklığı 20 °C’tur.
Evet, grafikte sıcaklığın ikinci kez sabit kaldığı yer 20°C’dir ve bu donma noktasıdır. Bu ifade doğrudur. - C) X maddesi 110 °C’ta gaz hâldedir.
Evet, madde 70°C’de yoğuştuğuna göre, 70°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda gaz hâldedir. 110°C de bu aralıkta olduğu için ifade doğrudur. - D) X maddesinin kaynama sıcaklığı 70 °C’tur.
Evet, maddenin yoğuşma sıcaklığı 70°C ise, kaynama sıcaklığı da 70°C’dir. Bu ifade de doğrudur.
Sonuç: Soruda bizden yanlış olan ifade istendiği için doğru cevap A) şıkkıdır.