Isı sıcaklık grafikleri yorumlama Test 2

Bir maddenin ısıtılması sırasında çizilen sıcaklık-zaman grafiğinde eğimin zamanla azaldığı gözlemleniyor.
Bu durumun olası nedeni aşağıdakilerden hangisi olabilir?

A) Maddenin kütlesinin artması
B) Ortam sıcaklığının artması
C) Isı kayıplarının artması
D) Maddenin öz ısısının azalması

Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyelim ve neden doğru cevabın C seçeneği olduğunu anlayalım.

• Öncelikle, sıcaklık-zaman grafiğinin eğimi ne anlama geliyor, bunu hatırlayalım. Bir grafiğin eğimi, dikey eksendeki değişimin yatay eksendeki değişime oranıdır. Bu durumda eğim, $\frac{\Delta T}{\Delta t}$ yani sıcaklık değişimi bölü zaman değişimi anlamına gelir. Bu ifade, maddenin sıcaklığının birim zamanda ne kadar değiştiğini, yani sıcaklık artış hızını gösterir.
• Soruda, grafiğin eğiminin zamanla azaldığı belirtiliyor. Bu, maddenin sıcaklık artış hızının zamanla yavaşladığı anlamına gelir. Başka bir deyişle, maddeyi ısıtmaya devam etsek de, her saniye sıcaklığı daha az artmaktadır.
• Bir maddeye ısı verildiğinde, sıcaklığı $Q = mc\Delta T$ formülüne göre değişir. Burada $Q$ verilen ısı, $m$ maddenin kütlesi, $c$ öz ısı ve $\Delta T$ sıcaklık değişimidir.
• Eğer ısıtıcı sabit bir güçle (yani birim zamanda sabit miktarda ısı) ısı veriyorsa, bu ısı enerjisinin bir kısmı maddeyi ısıtırken, bir kısmı da çevreye kaybedilir. Maddenin sıcaklık artış hızı, maddeye net olarak aktarılan ısı enerjisi ile doğru orantılıdır.
• Şimdi seçenekleri tek tek değerlendirelim:
• A) Maddenin kütlesinin artması: Isıtma sırasında maddenin kütlesi genellikle değişmez. Eğer kütle artsaydı, aynı miktarda ısı için sıcaklık artışı yavaşlardı, evet. Ancak bu, ısıtma sürecinde beklenen bir durum değildir.
• B) Ortam sıcaklığının artması: Ortam sıcaklığı artarsa, madde ile ortam arasındaki sıcaklık farkı azalır. Bu durumda madde, çevreye daha az ısı kaybederdi. Eğer ısı kaybı azalırsa, maddeye aktarılan net ısı miktarı artar ve sıcaklık artış hızı (eğim) artma eğiliminde olurdu, azalmazdı.
• C) Isı kayıplarının artması: Madde ısıtıldıkça sıcaklığı yükselir. Madde ile çevresi arasındaki sıcaklık farkı artar. Fizik kurallarına göre, bir cismin sıcaklığı çevresinden ne kadar yüksekse, çevreye o kadar hızlı ısı kaybeder. Yani, madde ısındıkça çevreye olan ısı kaybı artar. Isıtıcının verdiği toplam ısı sabit olsa bile, bu ısıdan çevreye kaybedilen miktar arttığı için, maddeye net olarak aktarılan ısı miktarı zamanla azalır. Maddeye aktarılan net ısı azaldıkça, sıcaklık artış hızı ($\frac{\Delta T}{\Delta t}$) da azalır. Bu durum, grafiğin eğiminin azalmasıyla tamamen uyumludur.
• D) Maddenin öz ısısının azalması: Öz ısı ($c$), bir maddenin sıcaklığını 1 birim artırmak için gereken ısı miktarıdır. Eğer öz ısı azalsaydı, aynı miktarda ısı ile sıcaklık daha fazla artardı. Bu durumda sıcaklık artış hızı (eğim) artardı, azalmazdı.
• Sonuç olarak, madde ısındıkça çevreye olan ısı kayıplarının artması, maddeye net olarak aktarılan ısı miktarını azaltır ve bu da sıcaklık artış hızının (grafiğin eğiminin) zamanla azalmasına neden olur.

Cevap C seçeneğidir.