Merhaba sevgili öğrencilerim,
Bugün sizlerle “Madde ve Endüstri” ünitesiyle ilgili iki güzel soruyu çözeceğiz. Bu sorular, öz ısı ve hal değişimi gibi önemli konuları anlamamız için harika bir fırsat. Hadi başlayalım!
1. Soru: İlk sıcaklıkları eşit olan, eşit miktardaki K, L, M, N maddeleri özdeş ısıtıcılarla eşit süre ısıtıldıktan sonra maddelerin sıcaklık değişimleri ölçülmüş ve aşağıdaki grafik elde edilmiştir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
Çözüm:
Bu soruyu çözmeden önce aklımızda tutmamız gereken çok önemli bir kural var:Öz ısı! Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gereken ısı miktarına öz ısı diyoruz. Kısacası, öz ısısı küçük olan maddeler çabucak ısınır ve çabucak soğur. Öz ısısı büyük olan maddeler ise geç ısınır ve geç soğur. Tıpkı yazın kumların çok sıcak, denizin ise daha serin olması gibi. Kumun öz ısısı sudan daha küçüktür.
Şimdi sorumuza dönelim ve adım adım ilerleyelim:
- Adım 1: Sorudaki İpuçlarını Yakalayalım
- İlk sıcaklıkları eşit: Hepsi aynı sıcaklıktan başlıyor.
- Eşit miktardaki: Kütleleri (m) aynı.
- Özdeş ısıtıcılarla eşit süre: Hepsine verilen ısı enerjisi (Q) aynı.
Demek ki kütleler ve verilen ısılar aynıyken, bu maddelerin sıcaklıklarının farklı artmasının tek bir sebebi olabilir: Öz ısılarının farklı olması!
- Adım 2: Grafiği Yorumlayalım
Grafiğe baktığımızda maddelerin sıcaklık değişimlerini görüyoruz:
- K maddesi: 40°C artmış. (En çok ısınan)
- L maddesi: 15°C artmış. (En az ısınan)
- M maddesi: 30°C artmış.
- N maddesi: 20°C artmış.
Sıcaklık artışlarını büyükten küçüğe sıralarsak: K > M > N > L
- Adım 3: Öz Isı ile Sıcaklık Değişimini İlişkilendirelim
Az önce ne demiştik? Öz ısısı küçük olan çabuk ısınır, yani sıcaklığı daha çok artar. O zaman öz ısıları, sıcaklık artışının tam tersi şekilde sıralanır.
Öz ısı sıralaması (büyükten küçüğe): L > N > M > K
Bu demek oluyor ki öz ısısı en büyük olan L, en küçük olan ise K maddesidir.
- Adım 4: Şıkları Değerlendirelim
A) Maddelerin sıcaklık artışlarının eşit olması için K maddesi daha uzun süre ısıtılmalıdır.
Bu yanlış. K maddesi en çabuk ısınan madde. Diğerleriyle aynı sıcaklığa gelmesi için daha kısa süre ısıtılması gerekir.B) Sıcaklık artışlarının eşit olabilmesi için maddelerin kütleleri L>N>M>K şeklinde olmalıdır.
Bu da yanlış. Öz ısısı büyük olan L maddesinin sıcaklığını diğerleri kadar artırmak için kütlesini azaltmamız gerekir. Yani sıralama tam tersi K>M>N>L şeklinde olmalıydı.C) M maddesinin öz ısısı, N maddesinin öz ısısından daha büyüktür.
Bu da yanlış. Yaptığımız sıralamaya göre (L > N > M > K), N’nin öz ısısı M’den daha büyüktür.D) Maddelerin öz ısılarının farklı olması, maddelerdeki sıcaklık artışının farklı olmasına neden olmuştur.
İşte bu doğru! En başta söylediğimiz gibi, kütleler ve verilen ısılar aynıysa, sıcaklık değişimlerinin farklı olmasının tek sebebi maddelerin birbirinden farklı, yani öz ısılarının farklı olmasıdır.
Sonuç: Doğru cevap D şıkkıdır.
2. Soru: Sıvı bir maddenin ısı alarak gaz hâline dönüşmesi olayına “buharlaşma” denir. Maddeler dışarıdan ısı alarak buharlaşır, bu nedenle buharlaşmanın olduğu yerde serinleme olur. Aşağıdaki olaylardan hangisi maddelerin buharlaşırken çevresinden ısı alması ilkesine dayanır?
Çözüm:
Bu sorunun anahtar kelimesi “buharlaşırken serinletme”. Aklınıza hemen denizden veya havuzdan çıktığınızda üşümeniz gelsin. Vücudunuzdaki su damlacıkları buharlaşmak için vücudunuzun ısısını alır ve bu yüzden üşürsünüz. Ya da elinize kolonya döktüğünüzde hissettiğiniz o serinlik! Kolonya hızla buharlaşırken elinizden ısı çeker.
Şimdi bu ilkeyle şıklardaki olayları inceleyelim:
- Adım 1: Şıkları Tek Tek Analiz Edelim
A) Çamaşır kurutulan bir odanın diğer odalara göre daha soğuk olması
Islak çamaşırların üzerindeki su, kuruyabilmek yani buharlaşabilmek için enerjiye (ısıya) ihtiyaç duyar. Bu ısıyı da bulunduğu odanın havasından alır. Odanın havası ısı kaybettiği için oda serinler. Bu, aradığımız ilkeyle birebir uyuyor!B) Soğuk havalarda meyve depolarına su kaplarının konulması
Bu durum tam tersi bir ilkeye dayanır. Hava çok soğuduğunda, su donmaya başlar. Su donarken dışarıya ısı verir. Bu ısı, deponun sıcaklığının donma noktasının altına düşmesini engeller ve meyveleri korur. Burada olay donma, buharlaşma değil.C) Buzdolabından çıkarılan şişenin dış yüzeyinde su damlacıkları oluşması
Bu olayın adı yoğuşma veya yoğunlaşma‘dır. Havadaki su buharı (gaz), soğuk şişenin yüzeyine çarpınca ısısını kaybeder ve sıvı hale geçer. Bu, buharlaşmanın tersidir.D) Cama yakından üflendiğinde camın buğulanması
Bu da yoğuşmaya bir örnektir. Nefesimizdeki sıcak su buharı, soğuk cama değince yoğuşur ve minik su damlacıkları oluşturur. Bu da buharlaşma değil.
Sonuç: Buharlaşırken ortamdan ısı alınması ve ortamın soğuması ilkesine dayanan olay A şıkkında verilmiştir.