Özdeş ısıtıcılar kullanılarak eşit kütleli X ve Y sıvıları ısıtılmaya başlanıyor. Her iki sıvı da başlangıçta kaynama sıcaklığında bulunmaktadır. X sıvısının tamamen buharlaşması $5$ dakika sürerken, Y sıvısının tamamen buharlaşması $8$ dakika sürüyor.
Bu deneyden yola çıkarak aşağıdaki yorumlardan hangisi yapılabilir?
A) X sıvısının kütlesi Y sıvısının kütlesinden azdır.
B) Y sıvısının buharlaşması için gereken ısı miktarı X sıvısından fazladır.
C) X ve Y sıvılarının kaynama sıcaklıkları farklıdır.
D) X sıvısının moleküller arası çekim kuvveti Y sıvısından fazladır.
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruyu adım adım inceleyerek doğru cevabı bulalım. Soruda verilen bilgileri dikkatlice okumak, doğru sonuca ulaşmamız için çok önemlidir.
- 1. Verilen Bilgileri Anlayalım:
- "Özdeş ısıtıcılar kullanılarak": Bu ifade, hem X sıvısına hem de Y sıvısına birim zamanda (örneğin her saniyede) aynı miktarda ısı enerjisi verildiği anlamına gelir. Yani ısıtıcıların gücü ($P$) eşittir.
- "Eşit kütleli X ve Y sıvıları": Bu da bize $m_X = m_Y$ olduğunu söylüyor. Yani her iki sıvının da kütlesi aynıdır.
- "Her iki sıvı da başlangıçta kaynama sıcaklığında bulunmaktadır": Bu çok önemli bir bilgi! Bu, sıvıları kaynama noktasına getirmek için harcanan bir ısı olmadığını, doğrudan buharlaşma (faz değişimi) sürecinin başladığını gösterir. Yani verilen ısı sadece sıvıyı gaza dönüştürmek için kullanılıyor.
- "X sıvısının tamamen buharlaşması 5 dakika sürerken, Y sıvısının tamamen buharlaşması 8 dakika sürüyor": Bu süreler, buharlaşma için ne kadar ısı enerjisi verildiğini belirlememizi sağlayacak.
- 2. Isı ve Zaman İlişkisini Kuralım:
- Özdeş ısıtıcılar kullanıldığı için, bir sıvıya verilen toplam ısı miktarı ($Q$), ısıtıcının gücü ($P$) ile ısıtma süresinin ($t$) çarpımına eşittir: $Q = P \cdot t$.
- X sıvısı için verilen ısı: $Q_X = P \cdot 5$ dakika.
- Y sıvısı için verilen ısı: $Q_Y = P \cdot 8$ dakika.
- Görüldüğü gibi, Y sıvısının buharlaşması daha uzun sürdüğü için, Y sıvısına X sıvısından daha fazla ısı enerjisi verilmiştir ($Q_Y > Q_X$).
- 3. Seçenekleri Değerlendirelim:
- A) X sıvısının kütlesi Y sıvısının kütlesinden azdır.
- Soruda "eşit kütleli X ve Y sıvıları" denildiği için bu ifade yanlıştır. Kütleleri eşittir.
- B) Y sıvısının buharlaşması için gereken ısı miktarı X sıvısından fazladır.
- Yukarıdaki 2. adımda bulduğumuz gibi, Y sıvısının buharlaşması 8 dakika sürerken, X sıvısının buharlaşması 5 dakika sürmüştür. Özdeş ısıtıcılar kullanıldığı için, daha uzun süre ısıtılan Y sıvısına daha fazla ısı enerjisi verilmiştir. Bu nedenle bu ifade doğrudur.
- C) X ve Y sıvılarının kaynama sıcaklıkları farklıdır.
- Soruda her iki sıvının da başlangıçta kaynama sıcaklığında olduğu belirtilmiştir. Ancak bu, kaynama sıcaklıklarının aynı mı yoksa farklı mı olduğu hakkında bize doğrudan bir bilgi vermez. Sadece buharlaşma için harcanan ısı miktarları hakkında bilgi sahibiyiz. Bu nedenle bu ifade hakkında kesin bir yorum yapamayız.
- D) X sıvısının moleküller arası çekim kuvveti Y sıvısından fazladır.
- Buharlaşma için gereken ısı miktarı ($Q$), sıvının kütlesi ($m$) ile buharlaşma gizli ısısı ($L_v$) çarpımına eşittir: $Q = m \cdot L_v$.
- Biz $Q_Y > Q_X$ olduğunu ve $m_X = m_Y$ olduğunu biliyoruz.
- Bu durumda, $m \cdot L_{vY} > m \cdot L_{vX}$ olmalıdır.
- Kütleler eşit olduğu için, $L_{vY} > L_{vX}$ sonucuna ulaşırız.
- Buharlaşma gizli ısısı ($L_v$), moleküller arası çekim kuvvetlerini yenmek için gereken enerjiyle doğru orantılıdır. Yani $L_v$ ne kadar büyükse, moleküller arası çekim kuvvetleri o kadar fazladır.
- Dolayısıyla, Y sıvısının buharlaşma gizli ısısı X sıvısından fazla olduğu için, Y sıvısının moleküller arası çekim kuvveti X sıvısından daha fazladır. Seçenekte ise X sıvısının moleküller arası çekim kuvvetinin Y sıvısından fazla olduğu belirtilmiştir, bu nedenle bu ifade yanlıştır.
Tüm bu değerlendirmeler sonucunda, doğru yorumun B seçeneğinde olduğunu görüyoruz.
Cevap B seçeneğidir.
