Deniz seviyesinden yükseklere çıkıldığında dış atmosfer basıncı azalır.
Buna göre, deniz seviyesinde $100$ $^{\circ}C$ de kaynayan saf suyun, $3000$ metre yükseklikteki bir dağın zirvesinde kaynama sıcaklığı ile ilgili aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
A) $100$ $^{\circ}C$ olur.
B) $100$ $^{\circ}C$ den daha yüksek olur.
C) $100$ $^{\circ}C$ den daha düşük olur.
D) Dış basınç azaldığı için su hiç kaynamaz.
E) Kütlesi azaltılırsa yine $100$ $^{\circ}C$ de kaynar.
Bu soruyu çözmek için suyun kaynama prensibini ve dış basıncın bu prensip üzerindeki etkisini anlamamız gerekiyor. Adım adım ilerleyelim:
- Kaynama Nedir? Bir sıvının kaynaması, sıvının buhar basıncının dış atmosfer basıncına eşit olduğu sıcaklıkta gerçekleşir. Yani, su molekülleri o kadar enerjiye sahip olmalı ki, oluşturdukları buharın basıncı, üzerlerindeki hava basıncını yenebilsin ve kabarcıklar halinde yüzeye çıkabilsin.
- Deniz Seviyesinde Durum: Deniz seviyesinde atmosfer basıncı yaklaşık $1$ atmosferdir. Bu basınç altında saf su, buhar basıncı $1$ atmosfere ulaştığında, yani $100$ $^\circ C$ sıcaklıkta kaynar.
- Yüksekliğe Çıkıldığında Dış Basınç: Soruda da belirtildiği gibi, deniz seviyesinden yükseklere çıkıldığında (örneğin $3000$ metre yüksekliğindeki bir dağın zirvesine) dış atmosfer basıncı azalır. Çünkü üzerimizdeki hava sütununun yüksekliği ve dolayısıyla ağırlığı azalır.
- Dış Basınç Azalmasının Kaynamaya Etkisi: Madem ki kaynama, sıvının buhar basıncının dış basınca eşit olmasıyla gerçekleşiyor; dış basınç azaldığında, suyun buhar basıncının bu daha düşük dış basınca eşit olması için daha az enerjiye (yani daha düşük bir sıcaklığa) ihtiyacı olacaktır. Başka bir deyişle, suyun buhar basıncının dış basınca eşitlenmesi için $100$ $^\circ C$'ye kadar ısınmasına gerek kalmaz. Daha düşük bir sıcaklıkta da bu eşitlik sağlanır ve su kaynamaya başlar.
- Sonuç: $3000$ metre yükseklikte dış atmosfer basıncı azaldığı için, saf su $100$ $^\circ C$'den daha düşük bir sıcaklıkta kaynamaya başlayacaktır. Örneğin, Everest Dağı'nın zirvesinde su yaklaşık $70$ $^\circ C$'de kaynar.
Bu bilgiler ışığında seçenekleri değerlendirelim:
- A) $100$ $^\circ C$ olur: Yanlış. Dış basınç değiştiği için kaynama noktası da değişir.
- B) $100$ $^\circ C$ den daha yüksek olur: Yanlış. Dış basınç azaldığında kaynama noktası düşer, yükselmez.
- C) $100$ $^\circ C$ den daha düşük olur: Doğru. Dış basınç azaldığı için suyun buhar basıncının bu basınca eşit olması için daha az sıcaklık yeterlidir.
- D) Dış basınç azaldığı için su hiç kaynamaz: Yanlış. Su her zaman kaynar, sadece kaynama sıcaklığı değişir. Çok düşük basınçlarda oda sıcaklığında bile kaynayabilir (vakum altında).
- E) Kütlesi azaltılırsa yine $100$ $^\circ C$ de kaynar: Yanlış. Kaynama noktası, suyun kütlesine değil, dış basınca ve suyun saflığına bağlıdır.
Cevap C seçeneğidir.
