Kapalı bir kaba konulan saf suyun kaynama noktası 120°C olarak ölçülüyor. Bu durumun olası nedeni aşağıdakilerden hangisi olabilir?
A) Kabın iç basıncının atmosfer basıncından düşük olması
B) Suyun içinde çözünmüş madde bulunması
C) Kabın iç basıncının atmosfer basıncından yüksek olması
D) Isıtıcının gücünün yüksek olması
Sevgili öğrenciler,
Bu soruyu adım adım inceleyerek doğru cevaba ulaşalım:
- Saf Suyun Normal Kaynama Noktası: Öncelikle, deniz seviyesinde (standart atmosfer basıncında) saf suyun kaynama noktasının $100^\circ C$ olduğunu hatırlayalım. Bu sıcaklıkta, suyun buhar basıncı dış basınca eşit olur ve kaynama başlar.
- Gözlemlenen Durum: Soruda, kapalı bir kapta saf suyun kaynama noktasının $120^\circ C$ olarak ölçüldüğü belirtiliyor. Bu, normal kaynama noktasından $20^\circ C$ daha yüksek bir değerdir. Bu durumun nedenini bulmalıyız.
- Kaynama Noktası ve Basınç İlişkisi: Bir sıvının kaynama noktası, dış basınca doğrudan bağlıdır.
Dış basınç arttıkça, sıvının kaynaması için buhar basıncının daha yüksek bir değere ulaşması gerekir. Bu da sıvının daha yüksek bir sıcaklıkta kaynaması anlamına gelir. Yani, basınç artarsa kaynama noktası yükselir.
Tam tersi, dış basınç azaldıkça, sıvının kaynaması için buhar basıncının daha düşük bir değere ulaşması yeterlidir. Bu da sıvının daha düşük bir sıcaklıkta kaynaması anlamına gelir. Yani, basınç azalırsa kaynama noktası düşer.
- Seçenek A'nın Değerlendirilmesi (Kabın iç basıncının atmosfer basıncından düşük olması): Eğer kabın iç basıncı atmosfer basıncından düşük olsaydı, suyun kaynama noktası $100^\circ C$'nin altında olurdu (örneğin, yüksek dağlarda su daha düşük sıcaklıkta kaynar). Bu durum, gözlemlediğimiz $120^\circ C$'lik kaynama noktası ile çelişmektedir. Bu nedenle A seçeneği doğru değildir.
- Seçenek B'nin Değerlendirilmesi (Suyun içinde çözünmüş madde bulunması): Çözünmüş maddeler (tuz, şeker gibi) suyun kaynama noktasını yükseltir (kaynama noktası yükselmesi). Ancak soruda "saf su" ifadesi kullanılmıştır. Saf su, içinde çözünmüş madde bulunmayan sudur. Bu nedenle, bu seçeneğin gözlemlenen durumun ana nedeni olması beklenmez. Bu nedenle B seçeneği doğru değildir.
- Seçenek C'nin Değerlendirilmesi (Kabın iç basıncının atmosfer basıncından yüksek olması): Eğer kapalı kabın içindeki basınç atmosfer basıncından yüksekse, suyun kaynaması için buhar basıncının daha yüksek bir değere ulaşması gerekir. Bu da suyun $100^\circ C$'den daha yüksek bir sıcaklıkta kaynamasına neden olur. Gözlemlediğimiz $120^\circ C$'lik kaynama noktası, bu durumla mükemmel bir şekilde açıklanır. Düdüklü tencereler de bu prensiple çalışır; iç basıncı artırarak yiyeceklerin daha yüksek sıcaklıkta pişmesini sağlar. Bu nedenle C seçeneği doğru cevaptır.
- Seçenek D'nin Değerlendirilmesi (Isıtıcının gücünün yüksek olması): Isıtıcının gücü, suyun kaynama noktasına ulaşma süresini etkiler, yani suyu daha hızlı ısıtır. Ancak suyun kaynama noktasının kendisini değiştirmez. Kaynama noktası, maddenin cinsi, saflığı ve dış basınca bağlı bir özelliktir. Bu nedenle D seçeneği doğru değildir.
Yukarıdaki değerlendirmeler sonucunda, kapalı bir kaba konulan saf suyun kaynama noktasının $120^\circ C$ olarak ölçülmesinin en olası nedeni, kabın iç basıncının atmosfer basıncından yüksek olmasıdır.
Cevap C seçeneğidir.
