Bir deneyde, farklı kütlelerdeki iki saf su örneği (birinci kapta $100\text{ g}$, ikinci kapta $200\text{ g}$) ayrı ayrı özdeş ısıtıcılarla kaynama noktasına kadar ısıtılıyor. Ardından, her iki su örneğinin de tamamen buharlaşması sağlanıyor.
Buna göre, aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır? (Suyun kaynama sıcaklığı $100\text{ }^\circ\text{C}$ ve buharlaşma ısısı sabittir.)
A) İkinci kaptaki suyun sıcaklığını kaynama noktasına çıkarmak için daha fazla ısı enerjisi gerekir.
B) İkinci kaptaki suyun tamamen buharlaşması için daha fazla ısı enerjisi gerekir.
C) Her iki kaptaki suyun kaynama sıcaklığı aynıdır.
D) Birinci kaptaki suyun buharlaşma ısısı, ikinci kaptaki suyun buharlaşma ısısından küçüktür.
Deneydeki Isı ve Hal Değişimi İlişkisi
Sevgili öğrenciler, bu soruda ısı enerjisi, kütle ve hal değişimi arasındaki ilişkileri anlamamız gerekiyor. Her bir seçeneği dikkatlice inceleyelim ve fiziksel prensiplere göre doğru mu yanlış mı olduğuna karar verelim.
-
A) İkinci kaptaki suyun sıcaklığını kaynama noktasına çıkarmak için daha fazla ısı enerjisi gerekir.
- Sıcaklık artışı için gerekli ısı enerjisi $Q = mc\Delta T$ formülü ile hesaplanır. Burada $m$ kütle, $c$ öz ısı ve $\Delta T$ sıcaklık değişimidir.
- Birinci kapta $100\text{ g}$ su, ikinci kapta $200\text{ g}$ su vardır. Yani ikinci kaptaki suyun kütlesi ($m_2 = 200\text{ g}$) birinci kaptakinden ($m_1 = 100\text{ g}$) daha fazladır.
- Her iki kapta da saf su olduğu için öz ısıları ($c$) aynıdır.
- Her ikisi de kaynama noktasına ($100\text{ }^\circ\text{C}$) kadar ısıtıldığı için sıcaklık değişimleri ($\Delta T$) aynıdır.
- Kütlesi daha fazla olan suyu aynı sıcaklık değişimine ulaştırmak için daha fazla ısı enerjisi gerekir. Yani $Q_2 > Q_1$.
- Bu nedenle, bu ifade doğrudur.
-
B) İkinci kaptaki suyun tamamen buharlaşması için daha fazla ısı enerjisi gerekir.
- Hal değişimi (buharlaşma) için gerekli ısı enerjisi $Q = mL_v$ formülü ile hesaplanır. Burada $m$ kütle ve $L_v$ buharlaşma ısısıdır.
- Yine, ikinci kaptaki suyun kütlesi ($m_2 = 200\text{ g}$) birinci kaptakinden ($m_1 = 100\text{ g}$) daha fazladır.
- Soruda "buharlaşma ısısı sabittir" denilmiştir, yani her iki su örneği için buharlaşma ısısı ($L_v$) aynıdır.
- Kütlesi daha fazla olan suyu tamamen buharlaştırmak için daha fazla ısı enerjisi gerekir. Yani $Q_{buharlaşma,2} > Q_{buharlaşma,1}$.
- Bu nedenle, bu ifade doğrudur.
-
C) Her iki kaptaki suyun kaynama sıcaklığı aynıdır.
- Kaynama sıcaklığı, saf maddeler için ayırt edici bir özelliktir ve maddenin kütlesine bağlı değildir.
- Her iki kapta da "saf su" olduğu belirtilmiştir. Saf su, standart atmosfer basıncında $100\text{ }^\circ\text{C}$'de kaynar.
- Kütleleri farklı olsa bile, her iki kaptaki suyun kaynama sıcaklığı aynıdır.
- Bu nedenle, bu ifade doğrudur.
-
D) Birinci kaptaki suyun buharlaşma ısısı, ikinci kaptaki suyun buharlaşma ısısından küçüktür.
- "Buharlaşma ısısı" ($L_v$), bir maddenin birim kütlesinin (örneğin $1\text{ g}$'ının) kaynama noktasında hal değiştirmesi (buharlaşması) için gerekli olan ısı miktarıdır. Bu, madde miktarına bağlı olmayan, maddenin ayırt edici bir özelliğidir.
- Soruda açıkça "buharlaşma ısısı sabittir" ifadesi yer almaktadır. Bu, saf su için bu değerin değişmediği anlamına gelir.
- Hem birinci kaptaki hem de ikinci kaptaki madde saf su olduğu için, her ikisinin de buharlaşma ısısı aynıdır. Yani $L_{v,1} = L_{v,2}$.
- Bu nedenle, birinci kaptaki suyun buharlaşma ısısının ikinci kaptaki suyun buharlaşma ısısından küçük olduğu ifadesi yanlıştır.
Yukarıdaki analizler sonucunda, yanlış olan yargı D seçeneğidir.
Cevap D seçeneğidir.
