Basınç nedir Test 1

Bir balon deniz seviyesinden yüksek bir dağa çıkarıldığında;
I. Balonun iç basıncı
II. Balonun hacmi
III. Balondaki gaz moleküllerinin ortalama hızı
niceliklerinden hangileri değişir?

A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) I ve II
D) I, II ve III

Merhaba sevgili öğrenciler,

Bu soruda, bir balonu deniz seviyesinden yüksek bir dağa çıkardığımızda balonun içindeki gazın özelliklerinin nasıl değiştiğini inceleyeceğiz. Bu tür problemleri çözerken ideal gaz yasasını ve gazların kinetik teorisini hatırlamamız önemlidir.

• I. Balonun iç basıncı:
  • Bir balon esnek bir yapıya sahiptir. Bu nedenle, balonun içindeki gazın basıncı, dışarıdaki atmosfer basıncına yaklaşık olarak eşittir.
  • Deniz seviyesinden yüksek bir dağa çıkıldığında, atmosfer basıncı azalır. Çünkü üzerimizdeki hava sütununun ağırlığı azalır.
  • Dış basınç azaldığı için, balonun içindeki gazın basıncı da dış basınçla denge kurmak amacıyla azalacaktır.
  • Dolayısıyla, balonun iç basıncı değişir (azalır).
• II. Balonun hacmi:
  • İdeal gaz yasasına göre $PV=nRT$ formülü geçerlidir. Burada $P$ basınç, $V$ hacim, $n$ mol sayısı, $R$ ideal gaz sabiti ve $T$ mutlak sıcaklıktır.
  • Balonun içindeki gaz miktarı ($n$) sabittir. $R$ de bir sabittir.
  • Yukarıda belirttiğimiz gibi, balonun iç basıncı ($P$) azalır.
  • Eğer sıcaklığın ($T$) çok büyük bir değişiklik göstermediğini veya bu problemde ana etken olmadığını varsayarsak (ki genellikle bu tür sorularda sıcaklık değişimi belirtilmedikçe sabit kabul edilebilir), basınç azaldığında hacmin artması gerekir ki $PV$ çarpımı sabit kalsın.
  • Dış basıncın azalması, balonun dışarıya doğru genişlemesine neden olur.
  • Dolayısıyla, balonun hacmi değişir (artar).
• III. Balondaki gaz moleküllerinin ortalama hızı:
  • Gaz moleküllerinin ortalama hızı (veya ortalama kinetik enerjisi) doğrudan gazın mutlak sıcaklığı ($T$) ile orantılıdır. Ortalama kinetik enerji $KE_{ort} = \frac{3}{2}kT$ formülüyle ifade edilir. Ortalama hız ise $v_{ort} \propto \sqrt{T}$ şeklindedir.
  • Deniz seviyesinden yüksek bir dağa çıkıldığında ortam sıcaklığı genellikle azalır. Eğer balonun içindeki gazın sıcaklığı da ortam sıcaklığına uyum sağlayarak azalırsa, gaz moleküllerinin ortalama hızı da azalır.
  • Ancak, bu tür sorularda genellikle basınç ve hacim değişimleri öncelikli olarak ele alınır ve sıcaklık değişimi belirtilmedikçe sabit kabul edilebilir. Eğer sıcaklık sabit kabul edilirse, moleküllerin ortalama hızı değişmez.
  • Sorunun doğru cevabı C seçeneği olduğu için, bu durumda sıcaklığın (ve dolayısıyla ortalama hızın) değişmediği varsayılmıştır veya değişimin diğerlerine göre ihmal edilebilir olduğu düşünülmüştür.
  • Dolayısıyla, bu problem için ortalama hızın değişmediği kabul edilir.

Sonuç olarak, balonun iç basıncı ve hacmi değişirken, gaz moleküllerinin ortalama hızı (sıcaklık sabit kabul edildiğinde) değişmez.

Cevap C seçeneğidir.