Motor soğutma sisteminde suyun kaynamasını önlemek için radyatör kapağı basınçlı olarak tasarlanmıştır. \( P \cdot V = n \cdot R \cdot T \) formülüne göre, kap basıncı arttığında suyun kaynama noktası nasıl değişir?
A) AzalırMerhaba sevgili öğrenciler,
Bu soruyu adım adım inceleyelim ve motor soğutma sistemlerinin neden bu şekilde tasarlandığını daha iyi anlayalım.
Bir sıvının kaynaması, sıvının içindeki buhar basıncının, sıvının yüzeyine etki eden dış basınca eşit olduğu anda gerçekleşir. Yani, suyun buharlaşarak kabarcıklar oluşturabilmesi ve bu kabarcıkların patlamadan yüzeye çıkabilmesi için, içlerindeki buhar basıncının dışarıdaki havadan veya sistemdeki diğer gazlardan gelen basınca eşit veya ondan daha yüksek olması gerekir. Normal atmosfer basıncında (deniz seviyesinde) su $100^\circ C$'de kaynar çünkü bu sıcaklıkta suyun buhar basıncı atmosfer basıncına eşit olur.
Motor soğutma sistemindeki radyatör kapağı, adından da anlaşılacağı gibi, sistemi basınç altında tutmak için özel olarak tasarlanmıştır. Bu kapak, belirli bir basınca kadar sistemdeki buharın veya havanın dışarı çıkmasını engeller. Bu sayede, soğutma sistemi içindeki basınç, atmosfer basıncından daha yüksek bir seviyede tutulur.
Yukarıda bahsettiğimiz gibi, bir sıvının kaynaması için buhar basıncının dış basınca eşit olması gerekir. Eğer radyatör kapağı sayesinde sistem içindeki dış basıncı artırırsak, suyun kaynaması için buhar basıncının da daha yüksek bir değere ulaşması gerekir. Suyun buhar basıncı sıcaklıkla arttığı için, daha yüksek bir buhar basıncına ulaşmak demek, suyun daha yüksek bir sıcaklığa çıkması demektir. Dolayısıyla, basınç arttıkça suyun kaynama noktası da artar.
Soruda verilen ideal gaz denklemi $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$, bir gazın basıncı ($P$), hacmi ($V$), mol sayısı ($n$), ideal gaz sabiti ($R$) ve mutlak sıcaklığı ($T$) arasındaki ilişkiyi açıklar. Motor soğutma sisteminde, su ısındıkça buharlaşır ve sistemdeki gaz (hava ve su buharı) miktarı artar. Ayrıca, suyun ve buharın sıcaklığı ($T$) yükselir. Radyatör sistemi kapalı bir hacme ($V$) sahip olduğu için, sıcaklık ($T$) ve buharlaşma nedeniyle mol sayısı ($n$) arttığında, sistem içindeki basınç ($P$) de bu formüle göre artar. İşte bu artan basınç, suyun kaynama noktasını yükselten ana faktördür.
Radyatör kapağı sayesinde motor soğutma sistemindeki basınç artırıldığında, suyun kaynaması için daha yüksek bir sıcaklığa ulaşması gerekir. Bu da suyun kaynama noktasının yükselmesi anlamına gelir. Bu sayede motor, $100^\circ C$'nin üzerinde sıcaklıklara çıksa bile soğutma sıvısı kaynamaz ve motorun aşırı ısınması engellenir.
Bu açıklamalar ışığında, kap basıncı arttığında suyun kaynama noktası artar.
Cevap C seçeneğidir.
