Kapalı bir kapta bulunan ideal gazın sıcaklığı artırıldığında;
I. Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi
II. Gaz moleküllerinin birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısı
III. Gazın yoğunluğu
niceliklerinden hangileri kesinlikle artar?
Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyerek ideal gazların davranışlarını daha iyi anlayalım. Kapalı bir kapta bulunan ideal gazın sıcaklığı artırıldığında, verilen niceliklerin nasıl değiştiğini tek tek değerlendirelim.
İdeal gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi, gazın mutlak sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Bu ilişki $E_k = \frac{3}{2}kT$ formülü ile ifade edilir; burada $E_k$ ortalama kinetik enerji, $k$ Boltzmann sabiti ve $T$ mutlak sıcaklıktır.
Soruya göre gazın sıcaklığı artırıldığında ($T$ artar), bu formüle göre gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi ($E_k$) de kesinlikle artacaktır.
Gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi arttığında (I. maddede açıkladığımız gibi), moleküllerin ortalama hızı da artar. Çünkü kinetik enerji $E_k = \frac{1}{2}mv^2$ formülü ile verilir ve molekül kütlesi ($m$) sabit olduğundan, $E_k$ artınca ortalama hız ($v$) da artar.
Moleküller daha hızlı hareket ettiklerinde, kabın duvarlarına birim zamanda daha sık çarpacaklardır. Ayrıca her çarpışmada duvara aktarılan momentum da artar, bu da gaz basıncının artmasına neden olur. Dolayısıyla, birim zamanda birim yüzeye çarpma sayısı kesinlikle artar.
Yoğunluk, bir maddenin birim hacimdeki kütlesidir ve $\rho = \frac{m}{V}$ formülü ile ifade edilir; burada $\rho$ yoğunluk, $m$ gazın kütlesi ve $V$ kabın hacmidir.
Soruda "kapalı bir kap" ifadesi kullanıldığı için, kabın içindeki gaz kütlesi ($m$) sabittir (gaz dışarı çıkamaz veya içeri giremez). Ayrıca, kapalı bir kapta hacim ($V$) de sabittir (kabın şekli ve boyutu değişmez).
Hem kütle ($m$) hem de hacim ($V$) sabit kaldığı için, gazın yoğunluğu ($\rho$) değişmeyecektir. Yani yoğunluk artmaz, sabit kalır.
Bu değerlendirmelere göre, gazın sıcaklığı artırıldığında kesinlikle artan nicelikler I ve II'dir.
Cevap B seçeneğidir.
