Soru:
Bir öğretmen, maddelerin sıcaklık değişimleri için ihtiyaç duydukları ısı miktarının maddenin cinsine bağlı olduğunu göstermek amacıyla bir deney düzenler.
Deneyde, başlangıç sıcaklıkları $20^\circ C$ olan $100$ gram su ve $100$ gram zeytinyağı, özdeş ısıtıcılarla $5$ dakika boyunca ısıtılıyor.
$5$ dakikanın sonunda suyun sıcaklığı $30^\circ C$'ye, zeytinyağının sıcaklığı ise $50^\circ C$'ye ulaşıyor.
Bu deney sonucunda aşağıdaki çıkarımlardan hangisi yapılabilir?
A) Farklı maddeler, aynı miktarda ısı enerjisi aldıklarında, kütleleri aynı olsa bile sıcaklıkları farklı miktarlarda artar.
B) Bir maddenin sıcaklığını artırmak için gerekli ısı miktarı, maddenin kütlesiyle doğru orantılıdır.
C) Maddelerin sıcaklık değişimi, ısıtıcının gücüne bağlıdır.
D) Aynı cins maddelerin farklı kütleleri, aynı miktarda ısı aldıklarında farklı sıcaklık değişimleri gösterir.
Doğru Cevap: A
✍️ Çözüm:Bu deney, F.8.4.5.1 kazanımına uygun olarak, ısınmanın maddenin cinsine bağlı olduğunu keşfetmeyi amaçlamaktadır. Deneyin adımlarını ve sonuçlarını inceleyelim:
Adım 1: Deneydeki Değişkenleri Belirleme
Deneyde kullanılan maddelerin kütleleri ($100$ gram) ve başlangıç sıcaklıkları ($20^\circ C$) aynıdır. Ayrıca, özdeş ısıtıcılarla aynı süre ($5$ dakika) boyunca ısıtıldıkları için, her iki maddeye de eşit miktarda ısı enerjisi aktarılmıştır. Bu durumda:
- Bağımsız Değişken (Değiştirilen): Maddenin cinsi (su ve zeytinyağı).
- Bağımlı Değişken (Gözlemlenen Sonuç): Sıcaklık değişimi.
- Kontrol Edilen Değişkenler (Sabit Tutulan): Maddelerin kütlesi, başlangıç sıcaklığı, ısıtma süresi ve ısıtıcının gücü (aktarılan ısı miktarı).
Adım 2: Deney Sonuçlarını Analiz Etme
$5$ dakika sonunda:
- Suyun sıcaklığı $20^\circ C$'den $30^\circ C$'ye yükselmiştir. Sıcaklık değişimi: $\Delta T_{su} = 30^\circ C - 20^\circ C = 10^\circ C$.
- Zeytinyağının sıcaklığı $20^\circ C$'den $50^\circ C$'ye yükselmiştir. Sıcaklık değişimi: $\Delta T_{zeytinyağı} = 50^\circ C - 20^\circ C = 30^\circ C$.
Aynı kütledeki su ve zeytinyağına aynı miktarda ısı verildiğinde, zeytinyağının sıcaklığının sudan daha fazla arttığı gözlemlenmiştir.
Adım 3: Çıkarım Yapma
Bu sonuç, farklı maddelerin (su ve zeytinyağı) ısıyı farklı şekillerde depoladığını veya sıcaklıklarını farklı miktarlarda artırdığını gösterir. Yani, aynı miktarda ısı enerjisi verildiğinde, maddelerin cinsi sıcaklık değişimlerini etkiler. Zeytinyağının sıcaklığı daha çok arttığına göre, aynı miktarda ısı ile zeytinyağının sıcaklığı sudan daha kolay yükselir.
Adım 4: Seçenekleri Değerlendirme
- [A] Farklı maddeler, aynı miktarda ısı enerjisi aldıklarında, kütleleri aynı olsa bile sıcaklıkları farklı miktarlarda artar. Bu ifade, deney sonuçlarıyla tamamen uyumludur. Su ve zeytinyağı aynı kütlede ve aynı miktarda ısı almış, ancak sıcaklık artışları farklı olmuştur. Bu, ısınmanın maddenin cinsine bağlı olduğunu gösterir.
- [B] Bir maddenin sıcaklığını artırmak için gerekli ısı miktarı, maddenin kütlesiyle doğru orantılıdır. Bu deneyde kütle sabit tutulduğu için bu çıkarım yapılamaz. Bu deney kütlenin etkisini araştırmaz.
- [C] Maddelerin sıcaklık değişimi, ısıtıcının gücüne bağlıdır. Bu deneyde ısıtıcılar özdeş olduğu için ısıtıcının gücü bir değişken olarak incelenmemiştir.
- [D] Aynı cins maddelerin farklı kütleleri, aynı miktarda ısı aldıklarında farklı sıcaklık değişimleri gösterir. Bu deneyde maddelerin cinsi farklıdır (su ve zeytinyağı), kütleler ise aynıdır. Bu ifade bu deneyden yapılabilecek bir çıkarım değildir.
Doğru çıkarım, maddenin cinsinin sıcaklık değişimini etkilediğini belirten A seçeneğidir.
