Sıcaklığı $70 \text{°C}$ olan bir miktar su ile sıcaklığı $20 \text{°C}$ olan bir miktar su karıştırıldığında ne gözlemlenir?
A) Karışımın sıcaklığı $70 \text{°C}$ olur.
B) Karışımın sıcaklığı $20 \text{°C}$ olur.
C) Karışımın sıcaklığı $20 \text{°C}$ ile $70 \text{°C}$ arasında bir değer alır.
D) Karışımın sıcaklığı değişmez.
Sevgili öğrenciler, bu soruyu adım adım inceleyerek neden doğru cevabın C seçeneği olduğunu anlayalım.
- Isı Transferi Prensibi: Fizikte temel bir kural vardır: Isı, her zaman daha sıcak maddeden daha soğuk maddeye doğru akar. Bu akış, iki madde aynı sıcaklığa ulaşana kadar devam eder. Bu duruma termal denge denir.
- Sıcak Suyu İnceleyelim: Karışımımızda $70 \text{°C}$ sıcaklığında su bulunuyor. Bu su, karışımın daha sıcak olan tarafıdır. Isı transferi prensibine göre, $70 \text{°C}$'deki su, kendisinden daha soğuk olan $20 \text{°C}$'deki suya ısı verecektir. Isı kaybeden bir maddenin sıcaklığı azalır. Dolayısıyla, $70 \text{°C}$'deki suyun sıcaklığı düşecektir.
- Soğuk Suyu İnceleyelim: Karışımımızda $20 \text{°C}$ sıcaklığında su bulunuyor. Bu su, karışımın daha soğuk olan tarafıdır. $70 \text{°C}$'deki sudan ısı alacaktır. Isı alan bir maddenin sıcaklığı artar. Dolayısıyla, $20 \text{°C}$'deki suyun sıcaklığı yükselecektir.
- Karışımın Son Sıcaklığı: Sıcak su soğurken, soğuk su ısınır. Bu süreç, her iki su da aynı sıcaklığa ulaşana kadar devam eder. Bu ortak sıcaklık, ne başlangıçtaki en yüksek sıcaklık olan $70 \text{°C}$'den daha yüksek olabilir (çünkü sisteme dışarıdan ısı eklenmiyor), ne de başlangıçtaki en düşük sıcaklık olan $20 \text{°C}$'den daha düşük olabilir (çünkü sistemden dışarıya ısı çıkmıyor).
- Sonuç: Bu durumda, karışımın son sıcaklığı, sıcak suyun sıcaklığının düşmesi ve soğuk suyun sıcaklığının artmasıyla, başlangıçtaki iki sıcaklık değeri olan $20 \text{°C}$ ile $70 \text{°C}$ arasında bir değer alacaktır. Bu değer, karıştırılan su miktarlarına ve öz ısılarına bağlı olarak $20 \text{°C}$'ye daha yakın veya $70 \text{°C}$'ye daha yakın olabilir, ancak mutlaka bu iki değerin arasında olacaktır.
Bu açıklamalara göre seçenekleri değerlendirelim:
- A) Karışımın sıcaklığı $70 \text{°C}$ olur. Bu yanlış, çünkü soğuk su ısı alıp ısınacağı için karışımın sıcaklığı $70 \text{°C}$'nin altında kalacaktır.
- B) Karışımın sıcaklığı $20 \text{°C}$ olur. Bu yanlış, çünkü sıcak su ısı kaybedip soğuyacağı için karışımın sıcaklığı $20 \text{°C}$'nin üzerinde olacaktır.
- C) Karışımın sıcaklığı $20 \text{°C}$ ile $70 \text{°C}$ arasında bir değer alır. Bu doğru, çünkü ısı transferi sonucunda denge sıcaklığı her zaman başlangıçtaki en düşük ve en yüksek sıcaklıklar arasında bir değerde oluşur.
- D) Karışımın sıcaklığı değişmez. Bu yanlış, çünkü farklı sıcaklıklardaki maddeler karıştırıldığında ısı transferi mutlaka gerçekleşir ve sıcaklıklar değişir.
Cevap C seçeneğidir.
