Isı ve Sıcaklık. Test 1'in Çözümleri

Transkript

1 1 Isı ve Sıcaklık 1 Test 1'in Çözümleri 1. Sıcaklığın SI sistemindeki birimi Kelvin'dir. 6. Madde moleküllerinin ortalama kinetik enerjileri maddenin sıcaklığı ile ilgilidir. Cisimlerin sıcaklıkları sırasıyla 3T, 2T, T olduğuna göre E 1 > E 2 > E 3 tür. 2. Maddedeki bütün atom ve moleküllerin ortalama kinetik enerjisine sıcaklık denir. 7. 2m m su K su L 3. Verilen birimlerden kalori ve joule ısı birimi olarak kullanılır. Isı, sıcaklık farkından dolayı transfer edilen enerjidir. K ve L kaplarındaki suyun sıcaklığı eşit olduğundan transfer edilen ısı enerjisi yoktur. 4. Soruda tanımlanan büyüklük iç enerjidir. Bir maddenin taneciklerinin sahip olduğu kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamına iç enerji denir. Bu tanıma göre L kabındaki suyun iç enerjisi K kabındakinden büyüktür. İki suyun sıcaklığı eşit olduğundan özkütleleri eşittir. 8. T 2T 5. Suyun sıcaklığı artırılıyor. Sıcaklık moleküllerin sahip olduğu ortalama kinetik enerjilerin bir göstergesi olduğundan I. öncül doğrudur. 1 C Y İç enerji maddenin miktarına, cinsine ve sıcaklığına bağlı olarak değişir. Suyun sıcaklığı arttığına göre iç enerjisi artmıştır. Isı, sıcak olan bir maddeden soğuk olan bir maddeye aktarılan enerjidir. Bu nedenle su kütlesinin ısısı artmıştır diyemeyiz. su Y cisminin sıcaklığı inkinden büyüktür. Cisimler bir araya getirildiğinde Y cismi ısı enerjisi vererek soğur. cismi ise Y nin verdiği ısı enerjisini alarak ısınır. Bu alışveriş iki cismin son sıcaklığı eşit oluncaya kadar devam eder. Cisimler ısıl dengeye ulaştığında iç enerji ve hacimlerinin eşit olup olmadığını söyleyemeyiz.

2 2 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 9. Celsius ( C) Fahrenheit ( F) 1. T 2T 3T bölme bölme su su su Y Z Karışıma giren sıvıların kütleleri eşit olduğundan denge sıcaklığı; Şekilde verilen iki termometre de sıvılıdır. Fahrenheit termometresinde 18 bölme, Celsius termometresinde 1 bölme olduğundan Fahrenheit termometresi daha hassas ölçüm yapar. Her iki termometreyi aynı yerde kullanabiliriz. T 2T 3T Tdenge + + 2T 3 bulunur. Buna göre, kabındaki suyun sıcaklığı artar, Y ninki değişmez, Z ninki azalır.

3 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ 3 Test 2'nin Çözümleri 1. P, R, S maddelerinin sıcaklık- madde sıcaklık larını karşılaştırmak için P 27 C önce Kelvin'e çevirmemiz R 32 F gerekir. S 31 K T P K 5. Saf bir maddenin birim kütlesinin sıcaklığını 1 C artırmak için gerekli ısı miktarına öz ısı denir. Öz ısı, maddeler için ayırt edici bir özellik olup maddenin cinsine bağlıdır. T R 32 F C 273 K T S 31 K Buna göre T S > T P > T R dir. 6. Odanın sıcaklığı 299 K veya C dir. 4 3 Termometre ikişerli olarak bölmelendirilmiştir. 2 1 C 2. Şekildeki termometrede okunan değer 57 C dir. Bunun Kelvin termometresindeki karşılığı; K dir Y Z ilk sıcaklık 1 C 4 K 3 F son sıcaklık 1 C 8 K 6 F SI birim sisteminde sıcaklığı ölçme birimi Kelvin'dir. Bu nedenle, Y, Z cisimlerinden yalnızca Y cisminin sıcaklığı iki katına çıkmıştır. 3. Verilenlerin hepsi bir termometrenin duyarlılığı üzerinde etkilidir. 4. Sıcaklığın yaklaşılmayacak kadar yüksek olduğu veya erişilmesi zor olan yerlerin sıcaklıklarının ölçülmesinde kızılötesi termometreler kullanılır. Kızılötesi termometreler ayrıca hastanelerde vücuda temas etmeden yapılan sıcaklık ölçmesinde de kullanılmaktadır. 8. F- 32 C 18 1 bağıntısında F 2C yazarak; 2C- 32 C 18 1 C 16 C bulunur. C F sıvı Uçak kanatlarında termistörler kullanılır.

4 4 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 9. Bir sistemi oluşturan atom ve moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı iç enerji olarak tanımlanır. 1. P R S Sisteme enerji aktarıldığında iç enerjisi, dolayısıyla moleküllerinin kinetik enerjisi artar. m 2 C 4 C 2m 4 C 2m 3m 6 C T 3 C (denge sıcaklığı) 2 C m Q veren Q alan 2m c R (4 3) m c P (3 2) Buradan c P > c R bulunur. 6 C 3m 2 C m Q veren Q alan T 4 C (denge sıcaklığı) 3m c S (6 2) m c P (4 2) Buradan c P > c S bulunur.

5 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ 5 Test 3 in Çözümleri 1. Bir maddenin sıcaklığı artırılırken bu maddenin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar. 5. Daha duyarlı bir termometre yapabilmek için; I. Kullanılan sıvının genleşme katsayısı büyük olmalı, II. Haznenin hacmi büyük olmalı, III. Camın genleşme katsayısı küçük olmalı, IV. Borunun kalınlığı daha küçük seçilmelidir. 2. Ölçülen sıcaklık değerleri şekilde gösterilen sınırlar içinde olmalıdır. 12 C nin altında ve 8 C nin üstündeki sıcaklıklar bu termometre ile ölçülmez. kaynama s cakl ğ donma s cakl ğ 8 12 s v s 3. kaynama s cakl ğ donma s cakl ğ Y Z , Y, Z termometreleri arasında; C 1 Y 3 Z bağıntısını yazabiliriz. Buna göre; C Celcius ve Kelvin termometreleri arasında; C K 273 bağıntısı vardır. T 1 sıcaklığı kelvin cinsinden olduğundan T 2 sıcaklığını da kelvin cinsinden yazalım. T 2 (K) C T 2 (K) K T1 3 K 3 bulunur. T2 2 K 2 C Y 3 2 Y 3 Y 5 C Z 5 2 Z 5 Z a 4 1 α 5 Y 4. Evrende teorik olarak bilinen en düşük sıcaklık 273 C K dir. Mutlak sıfır noktası olarak bilinen bu sıcaklığın altında bir sıcaklık değeri yoktur. Bu nedenle sıcaklık 2 K olamaz. GraŞğin eğimi sabittir. Eğim tana olduğundan; 4 a tga a 6 & a 6 bulunur.

6 6 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 8. İki cisimde sıcaklık değişimi aynı olduğuna göre, bu iki cismin ısı sığaları kesinlikle eşittir. 11. s cakl k P R S yatay zaman P, R, S katı cisimlerini temsil eden doğrular grafiğin sıcaklığa ait kısmında aynı noktadan geçmektedir. O hâlde cisimlerin başlangıç sıcaklıkları eşittir. 9. 3T T 2T 4T Y Z W Başlangıç sıcaklıkları ve kütleleri eşit olan P, R, S katı cisimleri özdeş ısıtıcılar ile ısıtılıyor. Grafik incelendiğinde sıcaklık artışının T P > T R > T S biçiminde olduğu gözleniyor. Sıcaklık artışı ile öz ısı ters orantılı olduğundan c S > c R > c P dir. Isının akış yönü daima sıcaklığı büyük olan cisimden küçük olana doğrudur. Tüm seçenekler doğru, yanlış olan D seçeneğidir. 1. Kütle Öz ısı 2m 3c Y 3m 2c Z m 5c 12. Hâl değişimi olmadan n tane madde ısıca yalıtılmış bir ortamda ısıl denge sağlanıncaya kadar bekletilirse; T denge m1 c1 T1+ m2 c2 T2+... m1 c1+ m2 c2+... Kütlesi m, öz ısısı c olan bir cisme Q kadar ısı enerjisi verildiğinde cismin sıcaklığı; Q m c T kadar artar. Bağıntıdaki m c ısı sığasıdır. Sıvılara verilen ısı enerjileri eşit olduğuna göre m c ile T ters orantılı olup, T Z > T T Y dir. yazabiliriz. Cisimler aynı cins maddeden yapıldığı için bağıntıdaki c ler birbirini götürür. Buna göre P ve R cisimlerinin denge sıcaklığı; m 8T+ 2m 5T T denge m+ 2m T denge 6T bulunur.

7 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ T 2 s cakl k 15. 4T 5T 3T T 1 Y Z Q İlk sıcaklığı T 1 olan cismin sıcaklığını T 2 ye çıkarmak için Q kadar ısı enerjisi harcanmıştır. Q m c T bağıntısındaki m c, yani ısı sığası bulunabilir. Bu bilinenlerle kütle ve öz ısı bulunamaz. s yal t lm ş ortam Hâl değişimi olmadan ısı sığaları eşit n tane madde bir araya konulup ısı alış-verişi yapmaları sağlanıyorsa, denge sıcaklığı; T denge T 1 + T T n n bağıntısı ile bulunur., Y, Z cisimlerinin denge sıcaklığı; 4T+ 5T+ 3T T denge 4T 3 dir. Buna göre, Y cismi ısı enerjisi vererek sıcaklığı 4T oluncaya kadar soğur. Z cismi ise ısı enerjisi alarak sıcaklığı 4T oluncaya kadar ısınır Q s Y 3Q 2Q Z Q T 2T s cakl k Bir cismin aldığı veya verdiği ısı enerjisi Q m c T bağıntısıyla hesaplanır., Y, Z cisimlerinin kütleleri eşit olduğundan doğrunun eğimi öz ısıyı verir. Buradan; DQ Q c 2 DT T DQY 4Q Q cy 2 DT 2T T DQZ 2Q cz DTZ 2T Q T yazabiliriz. Buna göre, c c Y > c Z dir. 16. K cisminin moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi azaldığına göre K cismi ısı vererek soğur. L cismi de K cisminin verdiği ısıyı alarak ısınır.

8 8 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık Test 4 ün Çözümleri 1. I. Önermede verilen sıcaklık doğru kullanılmıştır. II. Önermedeki ısı kelimesi yanlış kullanılmıştır. Bu önermede Bugün hava sıcaklığı 3 C dir. denmeliydi. III. Önermede öz ısının tanımı yapılmıştır. Burada hem ısı hem sıcaklık kavramları doğru kullanılmıştır. 5. Kabın boş kısmının hacmi dolu kısmının hacmine eşit olsaydı, suyun denge sıcaklığı; 6 3 Tdenge + 45 C 2 olurdu. Kabın boş kısmının hacmi daha büyük olduğundan denge sıcaklığı 45 C den büyük, 6 C den küçük olur. h h 2. Celcius ve Fahrenheit termometreleri arasındaki bağıntı; C- F şeklindedir. Bağıntıdaki C yerine 2 yazarsak; -2 F F 4 bulunur C- F m 6 C m 4 C Y C , 8 C 2 bulunur. Eşit kütleli ve Y sıvıları birbirine karıştırılıyor. Denge sıcaklığı 48 C olarak veriliyor. Isı alış verişi yalnızca sıvılar arasında olduğundan sıcak olan sıvısının verdiği ısı, soğuk olan Y sıvısı tarafından alınır. 4. Aynı sıcaklıktaki cisimler bir araya getirildiğinde bunlar arasında ısı alış verişi olmaz. Q veren Q alan m c (6 48) m c Y (48 4) c 2 c Y 3 bulunur. Buradan c Y > c sonucu bulunur. Bu deneyde ve Y sıvılarının hacimleri bilinmediğinden özkütleleri karşılaştıramayız.

9 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ 9 7. sıcaklık( C) 4 M L 3 2 K zaman Karıştırılan K, L, M sıvılarının kütleleri eşit olduğundan denge sıcaklığı; T denge 3 C 3 bulunur. Her üç sıvı sıcaklık ekseni üzerinde, 3 C nin olduğu yerde kesişir. 9. Vücut ısısı yerine vücut sıcaklığı kullanılması gerekirdi. 1. C F Şekildeki bilgilere göre Celcius termometresi değerini gösterdiğine Fahrenheit termometresi 32 değerini gösterir. Fahrenheit termometresi 212 değerini gösterdiğinde Celcius termometresi 1 değerini gösterir. 11. C F Suyun sıcaklığını 3 C ye düşürmek için ; 25 C bölme 18 bölme F 45 F Q alan Q veren m 1 (3 25) 3 1 (4 3) 32 5m 1 3 su eklenmelidir. m 6 gram Bir maddenin sıcaklığı 32 F tan 77 F a çıkınca 45 F değişim olmuştur. 45 F değişimi C termometresinde eder C 18,

10 1 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 12. Bir cisme verilen ısı enerjisi, Q m c T bağıntısına göre sıcaklık değişimi oluşturur. K nın kütlesi m, öz ısısı c; L nin kütlesi 2m, öz ısısı 2c olarak verilmiştir. L nin ısı sığası K nınkinin 4 katıdır. Isıtılma işleminde cisimlerin sıcaklık değişimi eşit olup L nin ısı aldığı ısı enerji Q olarak veriliyor. Bu 1 durumda K nın aldığı ısı enerjisi Q olur. 4

11 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ 11 Test 5 in Çözümleri 1. 6 C 2 C termometre N M Kabın tüm hacmine 4V diyelim. 4V hacimli kabın 3V sini Y musluğu, V sini musluğu dolduruyor. Bir başka ifadeyle, Y musluğundan akan suyun kütlesi 3m, ten akanınki m dir. Denge sıcaklığı; m 6 + 3m 2 T 3 C 4m 3. Atmosfer ve su buharı gezegen yüzeyinin sıcaklığını etkiler. Atmosfer ve su buharı, Güneş'ten gelen ışınların bir kısmını süzerek aşırı ısınmayı engellerken, gece de aşırı ısı kaybını önler. Ay'da atmosfer ve su buharı bulunmadığı için Dünya'ya göre sıcaklık farkı fazla olur. Ay'da bir günün Dünya'nın bir gününün katı olması, Güneş'e maruz kalma ve kalmama süresinin Dünya'ya göre çok fazla olması anlamına gelir. Bu da sıcaklık farkına neden olur. Ay'ın parlak görünmesi, sıcaklık farkı ile ilgili değildir. 4. 2a 2a a a Y Z Sıcaklık değişimi; sıcaklık ( C) R P 2m m Q T mc bağıntısıyla verilir. Verilen ısı enerjisi ve özısılar aynı olduğu için kütlesi fazla olan cismin sıcaklık artışı az olacaktır. Cisimler aynı olduğu için hacmi büyük olanın kütlesi büyük olacaktır zaman V 6 4 r a 3 2a 3 Sıvılar özdeş ısıtıcılar ile ısıtıldığı için birim zamanda aldıkları ısı enerjileri eşittir. Q P Q R 2m c P (6 2) m c R (4 2) cp 1 c bulunur. R 4 V Y r a 2 a 3a 3 V Z r a 42 a 4 3 a 3 Hacimlere göre, m Y > m > m Z ise T Z > T > T Y olur.

12 12 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 5. F- 32 C F C Her iki cismin hem ilk sıcaklıkları hem de son sıcaklıkları eşittir. Bir başka ifade ile sıcaklık değişimleri ( T) aynıdır. Cisimlere verilen ısı enerjileri; Q QY m c DT my cy DT Q m c DT QY 2m 2c DT QY 4Q bulunur. 6. Birbirleriyle ısı alışverişinde bulunan cisimlerin kesinlikle ısı enerjisi değişimleri eşit olur. Hacim ve sıcaklık değişimleri için kesin bir şey söylenemez. 7. a h h a Y Z yatay ve Z kaplarına eklenen su kütleleri kaplarda bulunan su kütlelerine eşit olduğu için son sıcaklıkları; T+ 2T T dir. Yani ve Z kaplarındaki sıcaklıklar birbirine eşit olur. Y kabına eklenen suyun kütlesi kapta bulunan suyun 3 kütlesinden fazla olduğu için denge sıcaklığı T 2 den büyük olur. 9. C C C 2 C 4 C C 1 1 bölme bölme

13 ISI, SICAKLIK VE İÇ ENERJİ T 2T sıcaklık Y 13. Kelvin termometresinde negatif sayı olmadığından en düşük sıcaklık K dir. 1 K sıcaklığı diye bir sıcaklık olamaz. T Q 2Q 3Q 4Q alınan ısı enerjisi Bir cisme verilen ısı enerjisi bağıntısından; Q m c DT & Q m c D T yazabiliriz. GraŞkten cismine verilen enerji 2Q, Y cismine verilen enerji 4Q dur. Buradan; 2Q m c DT m Y 4Q cy DTY 14. Isı birimi olarak joule ve kalori kullanılır. Celcius ve Kelvin sıcaklık birimleridir. 2Q m 13 T m Y 4Q 4 T 2 3 bulunur. 11. "B seçeneğinde sağlıklı bir kişinin vücut ısısı 36,5 C dir." cümlesindeki ısı yerine sıcaklık kavramının kullanılması gerekir. 15. Cisimler İlk sıcaklığı ( C) Son sıcaklığı ( C) K 3 3 L +3 4 M +1 8 N 8 2 P 5 +4 Sıcaklık değişimi; T T 2 T 1 bağıntısı ile bulunur. Bağıntıdaki T 2 son sıcaklık, T 1 ise ilk sıcaklıktır. T K 3 ( 3) T K Karışan sıvıların öz ısıları aynı ise, eşit kütlede yapılan bir karışımın denge sıcaklığı, karışan sıvıların sıcaklıklarının aritmetik ortalamasına eşittir T 5 C 3 Buna göre; in sıcaklığı azalır, Y ninki değişmez, Z ninki artar. T L 4 (+3) 7 C T M 8 (+1) 9 C T N 2 ( 8) + 6 C T P 4 ( 5) 9 C N nin sıcaklığı 6 C arttığına göre D seçeneği doğrudur.

14 14 5. Ünite: Isı ve Sıcaklık 16. Isı sıcaklığı yüksek olan cisimden soğuk olan cisme aktarılan enerjidir. K çayının ısısı L ninkinden daha büyüktür kavramı bilimsel olarak yanlıştır. I. öncül yanlıştır. K ve L çayları ile içinde bulundukları ortam bir süre sonra aynı sıcaklığa gelir. Bu durumda K ve L çaylarının ve ortamın sıcaklığı eşit olur. Bu nedenle II. öncül doğrudur. Q m c DT bağıntısına göre DT si büyük olan ortama daha fazla ısı enerjisi verir. DT si büyük olan ise K çayıdır. Bu nedenle III. öncül de doğrudur. eşit oluncaya kadar aralarında ısı alışverişi devam eder. Bu iki cismin denge sıcaklığı birbirine eşit olur. Bu nedenle I ve II. öncüller kesinlikle doğrudur. Cisimlerden biri ısı alırken öteki ısı verir. Q V Q A m V c V DT V m A c A DT A m ile c nin çarpımı ısı sığasını verir. m ile c bilenmediğinden III. öncül konusunda kesin yorum yapılamaz. 17. C Odanın sıcaklığı 22 C dir. kavramı yanlıştır. Çünkü uluslararası birim sisteminde (SI) sıcaklık ölçme birimi Kelvin olarak kabul edilmiştir. Ahmet'in boyu 1,7 metredir ve Ahsen'in kütlesi 55 kg ölçümleri SI'ya uygundur Termometreden okunan değer 22 C dir. 18. Sıcaklıkları farklı iki cisim yalıtılmış bir ortama konulduğunda sıcak olan cisim ısı vererek soğur. Soğuk olan cisim ısı alarak ısınır. İki cismin son sıcaklıkları