Deniz seviyesinden yukarılara doğru çıkıldığında atmosfer basıncı azalır.
Buna göre, Erzurum ($2000$ $m$) ve Antalya ($0$ $m$) şehirlerinde özdeş ısıtıcılarla ısıtılan saf suların kaynama sıcaklıkları ile ilgili aşağıdakilerden hangisi söylenebilir?
A) Erzurum'daki su daha yüksek sıcaklıkta kaynar.
B) Antalya'daki su daha yüksek sıcaklıkta kaynar.
C) Her iki şehirde de sular $100$ $^oC$'de kaynar.
D) Dış basınç kaynama sıcaklığını etkilemez.
E) Erzurum'da suyun buhar basıncı Antalya'dakinden daha düşüktür.
Bu soruyu doğru bir şekilde çözmek için, kaynama noktasını etkileyen temel fiziksel prensibi anlamamız gerekiyor: dış basınç.
- Kaynama Nedir? Bir sıvının kaynaması, sıvının buhar basıncının dış basınca (atmosfer basıncına) eşit olduğu sıcaklıkta gerçekleşen bir olaydır. Yani, sıvı molekülleri buharlaşarak dışarıdan uygulanan basınca karşı koyabilecek kadar enerjiye sahip olduğunda kaynar.
- Dış Basıncın Kaynama Noktasına Etkisi:
- Eğer dış basınç yüksekse, sıvının buhar basıncının bu yüksek basınca ulaşması için daha fazla enerjiye, dolayısıyla daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyacı olur. Bu durumda kaynama noktası yükselir.
- Eğer dış basınç düşükse, sıvının buhar basıncının bu düşük basınca ulaşması için daha az enerji yeterlidir. Bu durumda kaynama noktası düşer.
- Deniz Seviyesi ve Yükseklik İlişkisi: Soru içeriğinde belirtildiği gibi, deniz seviyesinden yukarılara doğru çıkıldıkça atmosfer basıncı azalır. Bunun nedeni, üzerimizdeki hava sütununun yoğunluğunun ve miktarının azalmasıdır.
- Şehirlerin Konumu ve Basınç Karşılaştırması:
- Antalya ($0$ $m$) deniz seviyesinde yer alır. Bu nedenle, Antalya'da atmosfer basıncı standart deniz seviyesi basıncına (yaklaşık $1$ atm) yakın ve daha yüksektir.
- Erzurum ($2000$ $m$) deniz seviyesinden oldukça yüksekte yer alır. Bu nedenle, Erzurum'da atmosfer basıncı Antalya'ya göre daha düşüktür.
- Kaynama Noktası Karşılaştırması:
- Antalya'da dış basınç daha yüksek olduğu için, suyun buhar basıncının bu yüksek basınca ulaşması için daha yüksek bir sıcaklığa çıkması gerekir. Bu yüzden Antalya'da su daha yüksek sıcaklıkta kaynar (deniz seviyesinde yaklaşık $100$ $^oC$).
- Erzurum'da dış basınç daha düşük olduğu için, suyun buhar basıncının bu düşük basınca ulaşması için daha düşük bir sıcaklığa çıkması yeterlidir. Bu yüzden Erzurum'da su daha düşük sıcaklıkta kaynar (örneğin, $90-95$ $^oC$ civarında).
- Seçeneklerin Değerlendirilmesi:
- A) Erzurum'daki su daha yüksek sıcaklıkta kaynar. (Yanlış, Erzurum'da basınç düşük olduğu için su daha düşük sıcaklıkta kaynar.)
- B) Antalya'daki su daha yüksek sıcaklıkta kaynar. (Doğru, Antalya'da basınç yüksek olduğu için su daha yüksek sıcaklıkta kaynar.)
- C) Her iki şehirde de sular $100$ $^oC$'de kaynar. (Yanlış, $100$ $^oC$ standart atmosfer basıncında deniz seviyesinde geçerlidir. Erzurum'da daha düşük sıcaklıkta kaynar.)
- D) Dış basınç kaynama sıcaklığını etkilemez. (Yanlış, dış basınç kaynama sıcaklığını doğrudan etkileyen en önemli faktörlerden biridir.)
- E) Erzurum'da suyun buhar basıncı Antalya'dakinden daha düşüktür. (Bu ifade, suyun kaynama anındaki buhar basıncını kastediyorsa doğrudur, çünkü kaynama anında buhar basıncı dış basınca eşittir ve Erzurum'da dış basınç daha düşüktür. Ancak soru kaynama sıcaklığını soruyor ve bu seçenek doğrudan sıcaklık karşılaştırması yapmadığı için en doğru ve açıklayıcı cevap değildir.)
Bu bilgiler ışığında, Antalya'da atmosfer basıncı daha yüksek olduğu için su daha yüksek sıcaklıkta kaynayacaktır.
Cevap B seçeneğidir.
