Ayşe, bir kapta bulunan $60 \text{^\circ C}$'deki süte, $10 \text{^\circ C}$'deki suyu yavaşça ekliyor. Karışım bir süre sonra dengeye ulaşıyor. Bu durumda ısı akışının yönü ve karışımın son sıcaklığı hakkında ne söylenebilir?
A) Isı, sudan süte doğru akar ve son sıcaklık $10 \text{^\circ C}$'den daha düşük olur.
B) Isı, sütten suya doğru akar ve son sıcaklık $10 \text{^\circ C}$ ile $60 \text{^\circ C}$ arasında bir değer olur.
C) Isı, sudan süte doğru akar ve son sıcaklık $60 \text{^\circ C}$'den daha yüksek olur.
D) Isı alışverişi olmaz, süt $60 \text{^\circ C}$'de, su $10 \text{^\circ C}$'de kalır.
Merhaba sevgili öğrenciler!
Bu soruda, farklı sıcaklıklardaki iki sıvının karıştırılmasıyla ortaya çıkan ısı alışverişi ve denge sıcaklığı durumunu inceleyeceğiz. Adım adım düşünerek doğru cevaba ulaşalım.
- Adım 1: Başlangıç Sıcaklıklarını Belirleyelim.
- Ayşe'nin kabındaki sütün sıcaklığı $60 \text{^\circ C}$'dir.
- Eklediği suyun sıcaklığı $10 \text{^\circ C}$'dir.
- Gördüğümüz gibi, süt sudan çok daha sıcaktır. Aralarında büyük bir sıcaklık farkı bulunmaktadır.
- Adım 2: Isı Akışının Yönünü Anlayalım.
- Fizikte temel bir kural vardır: Isı, her zaman daha sıcak olan maddeden daha soğuk olan maddeye doğru akar. Bu akış, iki maddenin sıcaklıkları eşitlenene kadar devam eder.
- Bizim durumumuzda, süt ($60 \text{^\circ C}$) daha sıcak, su ($10 \text{^\circ C}$) ise daha soğuktur.
- Bu nedenle, ısı sütten suya doğru akacaktır. Süt ısı kaybederken, su ısı kazanacaktır.
- Adım 3: Karışımın Son Sıcaklığını Tahmin Edelim.
- Süt ısı kaybettiği için sıcaklığı düşmeye başlayacak, su ise ısı kazandığı için sıcaklığı yükselmeye başlayacaktır.
- Bu ısı alışverişi, her iki sıvının sıcaklıkları eşitlenene kadar devam eder. Bu duruma "termal denge" denir.
- Termal dengeye ulaşıldığında, karışımın son sıcaklığı, başlangıçtaki en düşük sıcaklık ($10 \text{^\circ C}$) ile en yüksek sıcaklık ($60 \text{^\circ C}$) arasında bir değerde olacaktır.
- Yani, son sıcaklık $10 \text{^\circ C}$'den daha düşük olamaz (çünkü su ısı alıyor) ve $60 \text{^\circ C}$'den daha yüksek olamaz (çünkü süt ısı kaybediyor). Kesin değeri bulmak için kütleler ve öz ısılar gibi bilgilere ihtiyacımız olsa da, bu aralıkta olacağını kesinlikle söyleyebiliriz.
- Adım 4: Seçenekleri Değerlendirelim.
- A) Isı, sudan süte doğru akar (Yanlış, sütten suya akar) ve son sıcaklık $10 \text{^\circ C}$'den daha düşük olur (Yanlış).
- B) Isı, sütten suya doğru akar (Doğru) ve son sıcaklık $10 \text{^\circ C}$ ile $60 \text{^\circ C}$ arasında bir değer olur (Doğru).
- C) Isı, sudan süte doğru akar (Yanlış) ve son sıcaklık $60 \text{^\circ C}$'den daha yüksek olur (Yanlış).
- D) Isı alışverişi olmaz (Yanlış, sıcaklık farkı olduğu sürece ısı alışverişi olur), süt $60 \text{^\circ C}$'de, su $10 \text{^\circ C}$'de kalır (Yanlış).
Yukarıdaki adımları takip ettiğimizde, B seçeneğinin hem ısı akışının yönü hem de son sıcaklık aralığı açısından doğru olduğunu görüyoruz.
Cevap B seçeneğidir.
