Özdeş ısıtıcılarla ısıtılan $100 ext{ g}$ su ve $100 ext{ g}$ alkolün sıcaklık değişimleri gözlemleniyor. Alkolün sıcaklığının daha hızlı arttığı tespit ediliyor. Bu durumun temel sebebi aşağıdakilerden hangisidir?
A) Alkolün kütlesinin az olmasıBu soruda, ısıtılan maddelerin sıcaklık değişim hızları arasındaki farkı inceliyoruz. Temel fizik prensiplerini kullanarak bu durumu adım adım açıklayalım:
Elimizde $100 ext{ g}$ su ve $100 ext{ g}$ alkol var. Yani her iki maddenin de kütlesi ($m$) eşittir.
Özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyorlar. Bu, aynı süre boyunca her iki maddeye de eşit miktarda ısı enerjisi ($Q$) verildiği anlamına gelir.
Gözlem: Alkolün sıcaklığı daha hızlı artıyor. Yani aynı süre sonunda alkolün sıcaklık değişimi ($\Delta T_{alkol}$) suyun sıcaklık değişiminden ($\Delta T_{su}$) daha büyüktür.
Bir maddenin aldığı ısı enerjisi ($Q$), kütlesi ($m$), öz ısısı ($c$) ve sıcaklık değişimi ($\Delta T$) arasındaki ilişki şu formülle ifade edilir: $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$.
Formülü sıcaklık değişimi ($\Delta T$) açısından yeniden düzenlersek: $\Delta T = \frac{Q}{m \cdot c}$.
Bu formülde, $Q$ (alınan ısı) ve $m$ (kütle) her iki madde için de aynıdır.
Dolayısıyla, sıcaklık değişimi ($\Delta T$) ile öz ısı ($c$) arasında ters orantı vardır. Yani, öz ısısı küçük olan maddenin sıcaklığı daha hızlı artar (daha büyük $\Delta T$ değeri gösterir).
Alkolün sıcaklığının daha hızlı arttığı gözlemlendiğine göre ($\Delta T_{alkol} > \Delta T_{su}$), alkolün öz ısısı suyun öz ısısından daha küçük olmalıdır.
Başka bir deyişle, suyun öz ısısı ($c_{su}$) alkolün öz ısısından ($c_{alkol}$) daha büyüktür ($c_{su} > c_{alkol}$).
Öz ısı, bir maddenin $1 ext{ g}$'ının sıcaklığını $1^\circ\text{C}$ artırmak için gereken ısı miktarıdır. Suyun öz ısısı oldukça yüksektir ($1 ext{ cal/g}^\circ\text{C}$ veya $4.18 ext{ J/g}^\circ\text{C}$), bu da suyu iyi bir ısı depolayıcı yapar ve sıcaklığının yavaş değişmesine neden olur.
A) Alkolün kütlesinin az olması: Yanlış. Soruda kütlelerin eşit ($100 ext{ g}$) olduğu belirtilmiştir.
B) Suyun öz ısısının ($c$) alkolden büyük olması: Doğru. Yukarıdaki analizimizle tam olarak örtüşmektedir. Suyun öz ısısı büyük olduğu için, aynı miktarda ısı aldığında sıcaklığı daha az artar, bu da alkolün sıcaklığının daha hızlı artması anlamına gelir.
C) Alkolün daha fazla ısı alması: Yanlış. Özdeş ısıtıcılar kullanıldığı için aynı sürede her iki madde de eşit miktarda ısı alır.
D) Suyun kaynama noktasının düşük olması: Yanlış. Suyun kaynama noktası ($100^\circ\text{C}$) alkolün kaynama noktasından (yaklaşık $78^\circ\text{C}$) daha yüksektir. Ayrıca kaynama noktası, sıcaklık değişim hızıyla doğrudan ilgili değildir.
Cevap B seçeneğidir.
