5. sınıf fen bilimleri 2. dönem 2. yazılı 3. senaryo Test 1

$20$ $°C$'deki $100$ $mL$ su ile $80$ $°C$'deki $100$ $mL$ su karıştırıldığında, son sıcaklık hakkında ne söylenebilir?

A) Son sıcaklık $20$ $°C$'den düşük olur.

B) Son sıcaklık $80$ $°C$'den yüksek olur.

C) Son sıcaklık $20$ $°C$ ile $80$ $°C$ arasında bir değer alır.

D) Son sıcaklık $80$ $°C$ olur.

Bu soruyu çözmek için ısı transferi ve termal denge kavramlarını anlamamız gerekiyor. Adım adım inceleyelim:

• Başlangıç Durumu: Elimizde farklı sıcaklıklarda iki su örneği var. Birincisi $20$ $°C$'de $100$ $mL$ su, ikincisi ise $80$ $°C$'de $100$ $mL$ su.
• Isı Transferi Prensibi: Fizikte, iki farklı sıcaklıktaki madde bir araya geldiğinde, ısı 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.
• Isı Akışının Yönü: Bizim örneğimizde, $80$ $°C$'deki sıcak su, $20$ $°C$'deki soğuk suya ısı verecektir.
• Soğuk Suyun Durumu: $20$ $°C$'deki soğuk su, sıcak sudan ısı aldığı için sıcaklığı artmaya başlayacaktır. Bu nedenle, son sıcaklık kesinlikle $20$ $°C$'den daha yüksek olacaktır.
• Sıcak Suyun Durumu: $80$ $°C$'deki sıcak su, soğuk suya ısı verdiği için sıcaklığı azalmaya başlayacaktır. Bu nedenle, son sıcaklık kesinlikle $80$ $°C$'den daha düşük olacaktır.
• Son Sıcaklık Aralığı: Yukarıdaki bilgilerden yola çıkarak, karışımın son sıcaklığı, başlangıçtaki en düşük sıcaklık ($20$ $°C$) ile en yüksek sıcaklık ($80$ $°C$) arasında bir değer almak zorundadır. Ne $20$ $°C$'nin altına düşebilir (çünkü soğuk su ısı alıyor), ne de $80$ $°C$'nin üzerine çıkabilir (çünkü sıcak su ısı kaybediyor).
• Özel Durum (Eşit Kütleler): Eğer karıştırılan maddelerin kütleleri (veya hacimleri, yoğunlukları aynı olduğu için) eşitse ve aynı madde ise (burada ikisi de su), son sıcaklık, başlangıç sıcaklıklarının aritmetik ortalaması olacaktır. Bu durumda: $(20$ $°C$ $+ 80$ $°C$) $/ 2 = 100$ $°C$ $/ 2 = 50$ $°C$. Gördüğümüz gibi, $50$ $°C$ değeri $20$ $°C$ ile $80$ $°C$ arasındadır.
• Seçenek A'nın Değerlendirilmesi: Son sıcaklık $20$ $°C$'den düşük olur. Bu yanlıştır, çünkü soğuk su ısı alarak ısınacaktır.
• Seçenek B'nin Değerlendirilmesi: Son sıcaklık $80$ $°C$'den yüksek olur. Bu yanlıştır, çünkü sıcak su ısı kaybederek soğuyacaktır.
• Seçenek C'nin Değerlendirilmesi: Son sıcaklık $20$ $°C$ ile $80$ $°C$ arasında bir değer alır. Bu doğrudur, çünkü ısı transferi bu iki sıcaklık arasında bir denge noktasına ulaşacaktır.
• Seçenek D'nin Değerlendirilmesi: Son sıcaklık $80$ $°C$ olur. Bu yanlıştır, çünkü sıcak su ısı kaybedeceği için sıcaklığı düşecektir.

Cevap C seçeneğidir.