Aynı sıcaklıktaki eşit kütleli demir ve su özdeş ısıtıcılarla ısıtılmaya başlanıyor. Bir süre sonra demirin sıcaklığı daha fazla artıyor.
Bu durumun nedeni aşağıdakilerden hangisidir?
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, aynı koşullar altında ısıtılan demir ve suyun sıcaklık değişimlerini karşılaştırıyoruz. Bu tür soruları çözerken, ısı enerjisi, kütle, öz ısı ve sıcaklık değişimi arasındaki ilişkiyi anlamak çok önemlidir.
Soruda bize şu bilgiler verilmiştir:
1. Başlangıç sıcaklıkları eşittir.
2. Hem demirin hem de suyun kütlesi ($m$) aynıdır.
3. Özdeş ısıtıcılar kullanıldığı için, demire ve suya aynı süre boyunca eşit miktarda ısı enerjisi ($Q$) verilmiştir.
4. Bir süre sonra demirin sıcaklığı daha fazla artmıştır. Yani, demirdeki sıcaklık değişimi ($\Delta T_{demir}$) sudaki sıcaklık değişiminden ($\Delta T_{su}$) daha büyüktür ($\Delta T_{demir} > \Delta T_{su}$).
Bir maddeye verilen ısı enerjisi ($Q$), maddenin kütlesi ($m$), öz ısısı ($c$) ve sıcaklık değişimi ($\Delta T$) arasındaki ilişki şu formülle ifade edilir:
$Q = m \cdot c \cdot \Delta T$
Bizim durumumuzda, hem demir hem de su için $Q$ (verilen ısı) ve $m$ (kütle) değerleri aynıdır. Bu durumda formülü sıcaklık değişimi ($\Delta T$) açısından yeniden düzenleyebiliriz:
$\Delta T = \frac{Q}{m \cdot c}$
Bu formülden de anlaşılacağı gibi, $Q$ ve $m$ sabitken, sıcaklık değişimi ($\Delta T$) ile öz ısı ($c$) ters orantılıdır. Yani:
1. Öz ısısı küçük olan maddenin sıcaklığı daha fazla artar.
2. Öz ısısı büyük olan maddenin sıcaklığı daha az artar.
Soruda demirin sıcaklığının daha fazla arttığı belirtiliyor ($\Delta T_{demir} > \Delta T_{su}$).
Sıcaklık değişimi ile öz ısı ters orantılı olduğuna göre, demirin sıcaklığı daha çok arttığına göre, demirin öz ısısı suyun öz ısısından daha küçük olmalıdır.
Yani, $c_{demir} < c_{su}$.
Şimdi seçenekleri, yaptığımız çıkarımla karşılaştıralım:
A) Demirin öz ısısı suyunkinden küçüktür: Bu ifade, bizim yaptığımız çıkarımla tamamen uyumludur. Öz ısısı küçük olan madde, aynı miktarda ısı aldığında sıcaklığı daha çok artar.
B) Demirin öz ısısı suyunkinden büyüktür: Eğer demirin öz ısısı daha büyük olsaydı, aynı miktarda ısı aldığında sıcaklığı daha az artardı. Bu, sorudaki bilgiyle çelişir.
C) Demirin ısı iletkenliği düşüktür: Isı iletkenliği, ısının bir madde içinde ne kadar hızlı yayıldığı ile ilgilidir. Sıcaklık artışının miktarıyla doğrudan ilgili değildir ve metaller genellikle iyi ısı iletkenidir.
D) Suyun buharlaşma ısısı yüksektir: Buharlaşma ısısı, bir maddenin hal değiştirmesi (sıvıdan gaza geçmesi) için gereken ısı miktarıdır. Soruda hal değişimi değil, sıcaklık artışı söz konusudur, bu nedenle bu seçenek doğru değildir.
Bu durumda, demirin sıcaklığının daha fazla artmasının nedeni, öz ısısının suya göre daha küçük olmasıdır.
Cevap A seçeneğidir.
