Isı, Sıcaklık ve Genleşme
Isı ile sıcaklık farkı, termometreler ve ölçek dönüşümleri; öz ısı, ısı sığası ve sıcaklık–ısı grafikleri; hâl değişimi ve gizli ısı, ısıl denge; iletim, konveksiyon ve ışıma; katı, sıvı ve gazlarda genleşme, suyun özel davranışı.
- Isı, sıcaklık ve iç enerji kavramlarını birbirinden ayırmayı
- Celsius, Fahrenheit, Kelvin ve özel termometre ölçekleri arasında dönüşüm yapmayı
- \(Q = m\,c\,\Delta T\) ve \(Q = m\,L\) ile ısı hesaplamayı; sıcaklık–ısı grafiklerini yorumlamayı
- Karışımlarda ısıl denge sıcaklığını, buz–su karışımlarını çözmeyi
- Isının iletim, konveksiyon ve ışımayla aktarılmasını
- Katı, sıvı ve gazlarda genleşmeyi, suyun 4 °C'deki özel davranışını
Isı, sıcaklık ve iç enerji
Bir maddenin tanecikleri sürekli hareket hâlindedir. Taneciklerin hareket enerjisi ile birbirleriyle etkileşmelerinden doğan enerjilerin toplamına iç enerji denir. Sıcaklık, taneciklerin ortalama hareket (kinetik) enerjisinin bir ölçüsüdür; termometreyle ölçülür ve madde miktarına bağlı değildir. Isı ise sıcaklık farkı nedeniyle bir cisimden diğerine aktarılan enerjidir; bir cismin "içerdiği ısı" diye bir şey yoktur, cisim iç enerjiye sahiptir ve ısı alıp verir.
Bir bardak çay ile bir kova çay aynı sıcaklıkta olabilir; ama kovadaki çayın iç enerjisi çok daha büyüktür, çünkü çok daha fazla tanecik içerir. Sıcaklıkları eşit iki cisim arasında ısı akışı olmaz. Isı her zaman sıcaklığı yüksek olandan düşük olana akar; iç enerjisi büyük olandan küçük olana değil.
Isının birimi joule'dür; günlük hayatta ve birçok soruda kalori de kullanılır: 1 cal, 1 g suyun sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıdır ve yaklaşık 4,18 J'dür. Gıda paketlerindeki "kalori" aslında kilokaloridir (kcal).
Isı ve iş: Joule'ün deneyi
- yüzyılın ortasına kadar ısının "kalorik" adlı görünmez bir akışkan olduğu düşünülüyordu. James Prescott Joule, bir ağırlığın düşerken döndürdüğü kanatlarla bir kaptaki suyu karıştırdı ve suyun sıcaklığının arttığını ölçtü. Düşen ağırlığın kaybettiği mekanik enerji, sürtünmeyle suyun iç enerjisine dönüşmüştü. Joule böylece ısının bir enerji türü olduğunu ve belirli miktarda işin her zaman aynı miktarda ısıya karşılık geldiğini gösterdi: yaklaşık 4,18 J iş, 1 cal ısıya eşdeğerdir. Ellerimizi ovuşturunca ısınmaları, fren balatalarının ısınması ve bir çivinin çekiçle dövülünce ısınması aynı dönüşümün örnekleridir.
Termometreler ve sıcaklık ölçekleri
Termometreler, maddelerin sıcaklıkla değişen bir özelliğine dayanır: sıvılı termometrelerde cıva ya da alkolün genleşmesi, dijital termometrelerde elektriksel direncin değişmesi, kızılötesi termometrelerde yayılan ışınım kullanılır. Bir termometre, saf suyun donma (buz erime) ve kaynama noktaları gibi iki sabit noktayla derecelendirilir.
| Ölçek | Buz erime noktası | Su kaynama noktası | Aradaki bölme |
|---|---|---|---|
| Celsius (°C) | 0 | 100 | 100 |
| Fahrenheit (°F) | 32 | 212 | 180 |
| Kelvin (K) | 273 | 373 | 100 |
Bütün ölçeklerde sıcaklığın iki sabit nokta arasındaki oranı aynıdır. Bu, her türlü dönüşüm sorusunu tek bir bağıntıyla çözmeyi sağlar:
Buradan \(K = C + 273\) ve \(F = 1{,}8\,C + 32\) çıkar. Kelvin ölçeği mutlak sıcaklık ölçeğidir: 0 K (−273 °C), taneciklerin hareket enerjisinin en küçük olduğu ve ulaşılamayan sınırdır; bu yüzden Kelvin'de negatif sıcaklık yoktur. Kelvin ile Celsius'un bölme aralıkları eşit olduğu için bir sıcaklık değişimi her ikisinde de aynı sayıyla ifade edilir: 20 °C'lik artış 20 K'lik artıştır.
Öz ısı ve ısı sığası
Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gereken ısı, maddenin kütlesine, cinsine ve sıcaklık değişimine bağlıdır:
Buradaki \(c\), maddenin öz ısısıdır: 1 g maddenin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıdır ve maddeler için ayırt edici bir özelliktir. Suyun öz ısısı 1 cal/(g·°C) ile çok büyüktür; buz ve su buharınınki yaklaşık 0,5, demirinki 0,11, bakırınki 0,09 cal/(g·°C)'dir. Suyun öz ısısının büyük olması, denizlerin ve göllerin yavaş ısınıp yavaş soğumasını, bu yüzden kıyı bölgelerinde sıcaklık farklarının iç bölgelere göre daha az olmasını sağlar.
Bir cismin sıcaklığını 1 °C artırmak için gereken ısıya ısı sığası denir: \(C = m\,c\). Isı sığası madde miktarına bağlıdır, ayırt edici değildir.
Sıcaklık–ısı grafikleri
Bir cisme ısı verildikçe sıcaklığı nasıl değişir? Sıcaklık–ısı grafiğinde eğim \(\Delta T / Q = 1/(m c)\)'dir. Yani eğim, ısı sığasıyla ters orantılıdır: aynı ısıyla sıcaklığı az değişen (eğimi küçük) cismin ısı sığası büyüktür. Aynı kütledeki iki farklı maddeden eğimi küçük olanın öz ısısı büyüktür. Sıcaklık–zaman grafiğinde ise ısıtıcı sabit güçteyse zaman ekseni ısıyla orantılıdır ve aynı yorum geçerlidir.
Hâl değişimi ve gizli ısı
Bir madde hâl değiştirirken (erime, donma, buharlaşma, yoğuşma, süblimleşme) sıcaklığı sabit kalır. Verilen ısı tanecikler arası bağları koparmaya harcanır ve taneciklerin ortalama hareket enerjisini artırmaz. Hâl değişimi için gereken ısı:
\(L\), maddenin hâl değişim ısısıdır (erime ısısı \(L_e\), buharlaşma ısısı \(L_b\)). Buzun erime ısısı 80 cal/g, suyun buharlaşma ısısı 540 cal/g'dır. Donma sırasında madde aynı miktarda ısıyı dışarı verir; yoğuşma da ısı veren bir olaydır. Bu yüzden 100 °C'lik buhar, 100 °C'lik sudan çok daha kötü yanık yapar: deriye değince önce yoğuşur ve 540 cal/g'lık ısıyı deriye bırakır.
Erime ve kaynama noktaları dış koşullardan etkilenir:
- Basınç: Basınç arttıkça suyun kaynama noktası yükselir. Düdüklü tencerede su yaklaşık 120 °C'de kaynar ve yemek daha çabuk pişer. Yükseklerde basınç az olduğu için su 100 °C'den düşük sıcaklıkta kaynar.
- Safsızlık: Suya tuz eklenirse donma noktası düşer, kaynama noktası yükselir. Kışın yollara tuz dökülmesi, buzun 0 °C'nin altında da erimesini sağlar.
Buharlaşma ise kaynamadan farklıdır: her sıcaklıkta ve yalnızca sıvının yüzeyinden gerçekleşir. Buharlaşan tanecikler enerjisi yüksek olanlardır; geride kalan sıvının ortalama enerjisi, yani sıcaklığı düşer. Terlemenin vücudu serinletmesi, testinin suyu soğutması ve ıslak elbisenin üşütmesi bu yüzdendir. Buharlaşma sıcaklık, yüzey alanı ve rüzgâr arttıkça; havadaki nem azaldıkça hızlanır.
Doğadaki hâl değişimleri
Hâl değişimlerinin çoğunu her gün doğada görürüz. Gece soğuyan yüzeylere değen havadaki su buharı yoğuşur ve sabahları çimenlerin üzerinde çiy oluşur; sıcaklık 0 °C'nin altındaysa buhar doğrudan katıya dönüşür ve kırağı oluşur (kırağılaşma). Soğuk bir bardağın dış yüzeyinin terlemesi de yoğuşmadır. Yükselen nemli hava soğudukça yoğuşur ve bulutları oluşturur; bulutlardaki damlacıklar birleşip büyüyünce yağmur yağar. Naftalin ve kuru buz (katı karbondioksit) ısınınca sıvı hâle geçmeden doğrudan gaz olur; buna süblimleşme denir. Yoğuşma ve donma ısı veren, buharlaşma ve erime ısı alan olaylardır. Kışın meyve depolarına su dolu kovalar konmasının nedeni budur: su donarken ortama ısı verir ve meyvelerin donmasını geciktirir.
Isıl denge
Sıcaklıkları farklı cisimler temas ettirilip dışarıyla ısı alışverişi engellenirse, sıcak olan ısı verir, soğuk olan ısı alır; sonunda hepsi aynı sıcaklığa gelir. Bu sıcaklığa denge sıcaklığı denir:
Denge sıcaklığı her zaman ilk sıcaklıkların arasındadır ve ısı sığası (\(m c\)) büyük olan cismin sıcaklığına daha yakındır. Aynı maddeden eşit kütleler karıştırılırsa denge sıcaklığı tam ortadır.
Isıl denge deneyleri kalorimetre kabı denen, dışarıyla ısı alışverişi en aza indirilmiş kaplarda yapılır. Gerçekte kap da ısı alır ve ortama bir miktar ısı kaçar; bu yüzden ölçülen denge sıcaklığı hesaplanandan biraz farklı çıkabilir. Kabın da hesaba katılması gereken sorularda kabın ısı sığası verilir ve kap, karışımdaki bir cisim gibi denkleme eklenir.
Isının aktarılma yolları
- İletim: Isı, tanecikten taneciğe çarpışmalarla aktarılır; madde akmaz. Katılarda, özellikle metallerde etkilidir. Metal kaşığın sıcak çayda ısınması iletimdir. Metallerin ısıyı iyi iletmesi, serbest elektronları sayesindedir. Hava, yün, köpük ve tahta yalıtkandır.
- Konveksiyon (akım yoluyla): Isınan akışkan (sıvı ya da gaz) genleşir, özkütlesi azalır ve yükselir; yerine soğuk akışkan gelir. Böylece madde akımıyla ısı taşınır. Odadaki kaloriferin havayı ısıtması, tencerede suyun ısınması, deniz ve kara meltemleri konveksiyondur.
- Işıma: Isı elektromanyetik dalgalarla (çoğunlukla kızılötesi) aktarılır; ortam gerektirmez, boşlukta da gerçekleşir. Güneş'in ısısı bize ışımayla ulaşır. Koyu ve mat yüzeyler ışımayı iyi soğurur ve iyi yayar; açık renkli ve parlak yüzeyler yansıtır. Yazın açık renk giyilmesi bundandır.
Termos üç yolu birden engelleyecek biçimde yapılmıştır: iki cam duvar arasındaki boşluk iletimi ve konveksiyonu, duvarların gümüş kaplanması ışımayı, kapak buharlaşmayı ve konveksiyonu önler. Metal bir tokmağın aynı sıcaklıktaki tahta bir kapıdan daha soğuk hissedilmesinin nedeni de iletimdir: metal elimizden ısıyı çok daha hızlı çeker. Hissettiğimiz şey sıcaklık değil, ısı akışının hızıdır.
Genleşme
Isınan maddelerin taneciklerinin hareketi artar, aralarındaki ortalama uzaklık büyür ve madde genleşir; soğuyan madde büzülür. Katılarda boyca (çizgisel) genleşme:
\(\lambda\), maddenin boyca genleşme katsayısıdır (birimi 1/°C) ve ayırt edicidir. Uzama, ilk boyla ve sıcaklık değişimiyle doğru orantılıdır. Yüzey genleşme katsayısı yaklaşık \(2\lambda\), hacim genleşme katsayısı yaklaşık \(3\lambda\)'dır.
Genleşmenin günlük hayatta pek çok sonucu vardır:
- Köprülerde ve demiryolu raylarında genleşme aralıkları bırakılır; aksi hâlde yazın raylar eğilir.
- Elektrik telleri yazın sarkık, kışın gergin görünür.
- Sıkışmış metal bir kavanoz kapağı sıcak suya tutulunca kolay açılır: metal kapak camdan çok genleşir.
- Bimetal şerit, genleşme katsayıları farklı iki metalin birleştirilmesiyle yapılır. Isıtılınca çok genleşen metal dış tarafta kalacak biçimde bükülür. Ütü ve fırınların termostatları, yangın alarmları bu ilkeyle çalışır.
Delikli bir metal levha ısıtılırsa delik de büyür; levha fotoğraf gibi bütünüyle büyür. Aynı şekilde içi boş bir metal küre ısıtılınca iç hacmi de artar. Sıvılar katılardan, gazlar da sıvılardan çok daha fazla genleşir. Sıvının genleşmesi incelenirken kabın da genleştiği unutulmamalıdır: dolu bir kap ısıtılınca taşan sıvı, sıvının gerçek genleşmesinden kabın genleşmesi çıkarılarak bulunur.
Suyun özel davranışı
Çoğu madde ısınınca genleşir; su ise 0 °C ile 4 °C arasında ısınınca büzülür. Su en küçük hacmine, yani en büyük özkütlesine 4 °C'de ulaşır. Ayrıca su donarken yaklaşık %9 genleşir; buzun özkütlesi (0,92 g/cm³) suyunkinden küçüktür ve buz suda yüzer.
Bu özel davranış canlı yaşamı için hayatidir. Kışın göl soğurken 4 °C'ye inen su dibe çöker; yüzeydeki daha soğuk su ise üstte kalır ve donar. Buz tabakası alttaki suyu yalıtır; gölün dibi 4 °C civarında kalır ve balıklar yaşamaya devam eder. Donan suyun genleşmesi ise kayaları çatlatır, kışın açıkta bırakılan su borularını patlatır.
Formüller
Çözümlü örnekler
Bir X termometresi buzun erime noktasını −20 °X, suyun kaynama noktasını 180 °X olarak gösteriyor. 40 °C kaç °X'tir? Celsius'ta 25 °C'lik bir artış X'te kaç derecelik artıştır?
- Oran: \(\dfrac{40}{100} = \dfrac{X + 20}{200} \Rightarrow X + 20 = 80 \Rightarrow X = 60\) °X.
- Bölme oranı \(200/100 = 2\): her 1 °C, 2 °X'e karşılık gelir.
- 25 °C'lik artış \(25 \cdot 2 = 50\) °X'lik artıştır (değişimde buz noktası eklenmez).
Cevap: 60 °X; 50 °X
Bir ilaç kutusunda "25 °C'nin altında saklayın" yazıyor. Bu sıcaklık kaç °F ve kaç K'dir?
- \(F = 1{,}8 \cdot 25 + 32 = 45 + 32 = 77\) °F.
- \(K = 25 + 273 = 298\) K.
Cevap: 77 °F ve 298 K
20 °C'deki 200 g suyu 70 °C'ye ısıtmak için kaç kalori gerekir? Bu ısı, gücü 500 W olan bir ısıtıcıyla kaç saniyede verilir? (\(c_{\text{su}} = 1\) cal/g°C, 1 cal ≈ 4,2 J)
- \(Q = m c \Delta T = 200 \cdot 1 \cdot 50 = 10\,000\) cal.
- Joule'e çevir: \(10\,000 \cdot 4{,}2 = 42\,000\) J.
- Süre \(42\,000/500 = 84\) s.
Cevap: 10 000 cal; 84 s
−20 °C'deki 100 g buzu 100 °C'deki suya dönüştürmek için kaç kalori gerekir? (\(c_{\text{buz}} = 0{,}5\) cal/g°C, \(L_e = 80\) cal/g, \(c_{\text{su}} = 1\) cal/g°C)
- Buzu 0 °C'ye ısıtmak: \(100 \cdot 0{,}5 \cdot 20 = 1\,000\) cal.
- Buzu eritmek: \(100 \cdot 80 = 8\,000\) cal.
- Suyu 100 °C'ye ısıtmak: \(100 \cdot 1 \cdot 100 = 10\,000\) cal. Toplam 19 000 cal.
Cevap: 19 000 cal (19 kcal); suyun tamamını buharlaştırmak için ayrıca 54 000 cal gerekir.
80 °C'deki 100 g su ile 20 °C'deki 300 g su ısı kaybı olmadan karıştırılıyor. Denge sıcaklığı kaç °C olur?
- Verilen = alınan: \(100 \cdot 1 \cdot (80 - T) = 300 \cdot 1 \cdot (T - 20)\).
- \(8\,000 - 100T = 300T - 6\,000 \Rightarrow 400T = 14\,000\).
- \(T = 35\) °C; kütlesi büyük olan soğuk suyun sıcaklığına yakındır.
Cevap: 35 °C
0 °C'deki 50 g buz, 40 °C'deki 200 g suya atılıyor. Isı kaybı yoksa denge sıcaklığı kaç °C olur? (\(L_e = 80\) cal/g)
- Suyun 0 °C'ye inerken verebileceği ısı: \(200 \cdot 40 = 8\,000\) cal. Buzun tamamını eritmek için \(50 \cdot 80 = 4\,000\) cal yeter; bütün buz erir.
- Denge: \(200(40 - T) = 4\,000 + 50 \cdot T\).
- \(8\,000 - 200T = 4\,000 + 50T \Rightarrow T = 16\) °C.
Cevap: 16 °C
Kütleleri eşit K ve L sıvıları özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor. 2 dakikada K'nin sıcaklığı 30 °C, L'ninki 10 °C artıyor. Öz ısıları oranı \(c_K/c_L\) kaçtır?
- Özdeş ısıtıcılar eşit sürede eşit ısı verir: \(Q_K = Q_L\).
- \(m c_K \cdot 30 = m c_L \cdot 10 \Rightarrow c_K/c_L = 10/30 = 1/3\).
- Sıcaklığı hızlı artan (eğimi büyük) sıvının öz ısısı küçüktür.
Cevap: 1/3
10 m uzunluğundaki çelik bir ray kışın 0 °C'den yazın 40 °C'ye ısınıyor. Rayın uzunluğu kaç milimetre artar? (\(\lambda_{\text{çelik}} = 1{,}2 \times 10^{-5}\) 1/°C)
- \(\Delta L = L_0 \lambda \Delta T = 10 \cdot 1{,}2 \times 10^{-5} \cdot 40\).
- \(\Delta L = 4{,}8 \times 10^{-3}\) m = 4,8 mm.
Cevap: 4,8 mm; raylar arasına bu yüzden birkaç milimetrelik aralık bırakılır.
Ortasında dairesel bir delik bulunan metal bir levha ısıtılıyor. Levhanın dış boyutları ve deliğin çapı nasıl değişir? Bu deliğe ancak sığan bir metal bilyeyi deliğe geçirmek için ne yapılabilir?
- Isıtılan levhanın bütün boyutları aynı oranda büyür; delik de levhanın bir parçası gibi büyür.
- Deliğin çapı artar; levha büyütülmüş bir fotoğraf gibi davranır.
- Bilyeyi geçirmek için levha ısıtılabilir (delik büyür) ya da bilye soğutulabilir (bilye büzülür).
Cevap: Hem levha hem delik büyür; levhayı ısıtmak ya da bilyeyi soğutmak işe yarar.
Sık yapılan hatalar
- Isı ile sıcaklığı aynı şey sanmak: sıcaklık ortalama hareket enerjisinin ölçüsüdür, ısı aktarılan enerjidir.
- Isının iç enerjisi büyük olandan küçük olana aktığını düşünmek: ısı sıcaklığı yüksek olandan düşük olana akar.
- Sıcaklık değişimini dönüştürürken buz noktasını eklemek (ΔT = 20 °C'yi 52 °F sanmak; doğrusu 36 °F).
- Hâl değişimi sırasında sıcaklığın arttığını sanmak.
- Sıcaklık–ısı grafiğinde eğimi büyük olanın öz ısısının büyük olduğunu düşünmek: eğim ısı sığasıyla ters orantılıdır.
- Buz–su karışımında, buzun tamamının eriyip erimediğini kontrol etmeden denklem kurmak.
- Isıtılan delikli levhada deliğin küçüldüğünü sanmak.
- Işımanın ortam gerektirdiğini düşünmek.
Antik Pers mimarisinde "yakhçal" denen yapılar, çölün ortasında yaz boyunca buz saklayabiliyordu. Gece göğe açık sığ havuzlarda su ışımayla ısı kaybederek donuyor, buz kalın duvarlı ve kubbeli bir yapıda saklanıyordu. Kubbenin tepesindeki açıklıklar sıcak havanın konveksiyonla dışarı çıkmasını sağlıyor, kalın kerpiç duvarlar iletimle ısı girişini yavaşlatıyordu: buzdolabından yüzyıllar önce, ısı aktarımının üç yolunun birlikte kullanıldığı bir mühendislik örneği.
Konu testi
26 soru. Bir seçeneğe dokun; doğru cevap ve çözüm hemen açılır.
Isı ve sıcaklık ile ilgili aşağıdaki yargılardan hangisi doğrudur?
Isı aktarılan enerjidir ve sıcaklığı yüksek olandan düşük olana akar. Sıcaklık termometreyle ölçülür ve madde miktarına bağlı değildir.
37 °C kaç Kelvin'dir?
\(K = C + 273 = 310\) K.
50 °C kaç °F'tır?
\(F = 1{,}8 \cdot 50 + 32 = 122\) °F.
Bir X termometresi buzun erime noktasını −20 °X, suyun kaynama noktasını 180 °X gösteriyor. Bu termometrede 70 °X okunan bir sıcaklık kaç °C'dir?
\((70 + 20)/200 = C/100 \Rightarrow C = 45\) °C.
Buzun erime noktasını 10 °Y, suyun kaynama noktasını 160 °Y olarak gösteren bir Y termometresiyle ölçülen bir sıvının sıcaklığı 30 °Y artıyor. Sıvının sıcaklığı kaç °C artmıştır?
Y ölçeğinde 150 bölme 100 °C'ye karşılık gelir. Değişimde yalnızca bölme oranı kullanılır: \(30 \cdot 100/150 = 20\) °C.
Celsius ve Fahrenheit termometrelerinin aynı sayıyı gösterdiği sıcaklık kaç derecedir?
\(F = 1{,}8C + 32\) ve \(F = C\) ise \(C = 1{,}8C + 32 \Rightarrow -0{,}8C = 32 \Rightarrow C = -40\).
20 °C'deki 200 g suyu 70 °C'ye ısıtmak için kaç kalori ısı gerekir? (\(c_{\text{su}} = 1\) cal/g°C)
\(Q = m c \Delta T = 200 \cdot 1 \cdot 50 = 10\,000\) cal.
Aynı kütledeki demir (\(c = 0{,}11\) cal/g°C) ve alüminyum (\(c = 0{,}22\) cal/g°C) bloklara eşit ısı veriliyor. Demirin sıcaklık artışı alüminyumunkinin kaç katıdır?
\(\Delta T = Q/(mc)\); öz ısı yarı olan demirin sıcaklık artışı iki katıdır.
Kütleleri eşit K ve L sıvıları özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor; aynı sürede K'nin sıcaklığı 30 °C, L'ninki 10 °C artıyor. \(c_K / c_L\) oranı kaçtır?
Eşit ısı: \(m c_K \cdot 30 = m c_L \cdot 10 \Rightarrow c_K/c_L = 1/3\).
0 °C'deki 50 g buzun tamamını 0 °C'de suya dönüştürmek için kaç kalori gerekir? (\(L_e = 80\) cal/g)
\(Q = m L = 50 \cdot 80 = 4\,000\) cal. Erime boyunca sıcaklık 0 °C'de sabit kalır.
−20 °C'deki 100 g buzu 100 °C'deki suya dönüştürmek için kaç kalori gerekir? (\(c_{\text{buz}} = 0{,}5\), \(c_{\text{su}} = 1\) cal/g°C, \(L_e = 80\) cal/g)
\(1\,000 + 8\,000 + 10\,000 = 19\,000\) cal.
Saf bir maddenin ısıtılmasıyla elde edilen sıcaklık–ısı grafiğinde yatay bir bölüm görülüyor. Bu bölüm için hangisi doğrudur?
Hâl değişimi sırasında verilen ısı tanecikler arası bağları koparır; sıcaklık sabit kalır ama iç enerji artar.
80 °C'deki 100 g su ile 20 °C'deki 300 g su karıştırılıyor. Isı kaybı yoksa denge sıcaklığı kaç °C olur?
\(100(80 - T) = 300(T - 20) \Rightarrow T = 35\) °C.
0 °C'deki 50 g buz, 40 °C'deki 200 g suya atılıyor. Isı kaybı yoksa denge sıcaklığı kaç °C olur? (\(L_e = 80\) cal/g, \(c_{\text{su}} = 1\) cal/g°C)
Su 0 °C'ye inerken 8 000 cal verebilir; buzu eritmek için 4 000 cal yeter. \(8\,000 - 200T = 4\,000 + 50T \Rightarrow T = 16\) °C.
0 °C'deki 200 g buz, 30 °C'deki 100 g suya atılıyor. Isı kaybı yoksa denge durumunda kapta kaç gram buz kalır? (\(L_e = 80\) cal/g)
Suyun 0 °C'ye inerken verebileceği ısı \(100 \cdot 30 = 3\,000\) cal. Bu ısı \(3\,000/80 = 37{,}5\) g buz eritir. Denge 0 °C'de olur ve \(200 - 37{,}5 = 162{,}5\) g buz kalır.
Isı aktarımıyla ilgili aşağıdaki eşleştirmelerden hangileri doğrudur?
- I.Güneş'in ısısının Dünya'ya ulaşması – ışıma
- II.Kaloriferin odadaki havayı ısıtması – konveksiyon
- III.Çaya konan metal kaşığın sapının ısınması – iletim
Uzayda ortam olmadığı için Güneş'in ısısı ışımayla gelir; ısınan hava yükselerek odayı dolaşır (konveksiyon); kaşıkta ısı tanecikten taneciğe iletilir.
Aynı sıcaklıktaki metal bir kapı kolu ile tahta bir kapıya dokunulduğunda metalin daha soğuk hissedilmesinin nedeni nedir?
Sıcaklıkları aynıdır. Metal ısıyı elimizden çok daha hızlı iletir; hissettiğimiz şey ısı akışının hızıdır.
Termosun yapısıyla ilgili aşağıdaki eşleştirmelerden hangisi yanlıştır?
Termosta amaç ısı aktarımını azaltmaktır; ışımayı gümüş kaplama azaltır. Işımayı artırmak ısıyı korumaz.
10 m uzunluğundaki çelik bir rayın sıcaklığı 40 °C artıyor. Rayın uzama miktarı kaç milimetredir? (\(\lambda = 1{,}2 \times 10^{-5}\) 1/°C)
\(\Delta L = 10 \cdot 1{,}2 \times 10^{-5} \cdot 40 = 4{,}8 \times 10^{-3}\) m = 4,8 mm.
Aynı sıcaklıktaki K ve L çubuklarının boyları sırasıyla L ve 2L, boyca genleşme katsayıları 2λ ve λ'dır. Sıcaklıkları eşit miktarda artırılırsa uzama miktarları oranı \(\Delta L_K / \Delta L_L\) kaçtır?
\(\Delta L_K = L \cdot 2\lambda \cdot \Delta T\), \(\Delta L_L = 2L \cdot \lambda \cdot \Delta T\). Oran 1.
Pirinç ve çelikten yapılmış düz bir bimetal şerit ısıtılınca nasıl davranır? (Pirincin genleşme katsayısı çeliğinkinden büyüktür.)
Çok genleşen pirinç daha uzun olur ve dış (dışbükey) tarafta kalır; şerit çeliğe doğru bükülür.
Ortasında delik bulunan metal bir levha ısıtılıyor. Aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur?
- I.Levhanın dış boyutları artar.
- II.Deliğin çapı küçülür.
- III.Deliğin çapı artar.
Levha bütünüyle büyür; delik de büyür. II yanlıştır.
Kışın göllerin yüzeyden donmaya başlaması ve dipteki suyun yaklaşık 4 °C'de kalması suyun hangi özelliğiyle açıklanır?
4 °C'deki su en yoğun olduğu için dibe çöker; daha soğuk su üstte kalıp donar. Buz tabakası alttaki suyu yalıtır.
Suyun kaynama noktası ile ilgili aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur?
- I.Düdüklü tencerede 100 °C'nin üstüne çıkar.
- II.Yüksek dağlarda 100 °C'nin altına iner.
- III.Suya tuz eklenirse düşer.
Kaynama noktası basınçla artar (I doğru), düşük basınçta azalır (II doğru). Tuz kaynama noktasını yükseltir; III yanlıştır.
Terlemenin vücudu serinletmesi hangi olayla açıklanır?
Ter buharlaşırken buharlaşma ısısını vücuttan alır; vücut sıcaklığı düşer.
Kütleleri eşit iki madde özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor. Madde K, 0 °C'den başlayarak 10. dakikada 50 °C'ye ulaşıyor ve sonra 5 dakika boyunca 50 °C'de kalıyor. Madde L, 0 °C'den başlayarak 10. dakikada 25 °C'ye ulaşıyor. Aşağıdaki yargılardan hangileri doğrudur?
- I.K'nin öz ısısı L'ninkinin yarısıdır.
- II.K, 50 °C'de hâl değiştirmektedir.
- III.L, 0–10 dakika aralığında K'den daha fazla ısı almıştır.
Aynı sürede (aynı ısıyla) K'nin sıcaklığı iki kat artmış; öz ısısı yarıdır (I doğru). Sabit sıcaklıkta ısı almak hâl değişimidir (II doğru). Özdeş ısıtıcılar eşit sürede eşit ısı verir; III yanlıştır.
İlerlemen bu tarayıcıda saklanıyor. Ücretsiz üye ol, her cihazda kaldığın yerden devam et.