ISI VE SICAKLIK BÖLÜM 1 MODEL SORU - 1 DEKİ SORULARIN ÇÖZÜMLERİ

Transkript

1 BÖÜM 1 ISI VE SICAI MODE SORU - 1 DEİ SORUARIN ÇÖZÜMERİ 1. Isı ve sı ak lık la il gi li ola rak ısı ka lo ri met re ka bı ile, sı ak lık ter mo met re ile öl çü lür. I. yargı doğrudur. Sı ak lı ğı bü yük olan i sim le rin ısı ener ji le ri bü yüktür de mek her za man doğ ru de ğil dir. Çün kü ısı ener ji si ay nı za man da küt le ye bağ lı dır. Ya ni ısı mad de mik ta rı na bağ lı dır. Sı ak lık mad de mik ta rına bağ lı de ğil dir. II. yargıda kesinlik yoktur. III. yargı yanlıştır. CE VAP A 5. Isı bir ener ji dir. a lo ri met re ka bı ile öl çü lür. Bi ri mi ise ka lo ri (al) dir. Sı ak lık bir ener ji de ğil dir. ermo met re ile öl çü lür. Bi ri mi de re e dir. Bu du rum da yal nız I ifa de si doğ ru dur. CE VAP A 6. C seçeneğindeki ısı kavramı yanlış kullanılmıştır. Doğrusu Saf suyun kaynama sıaklığı 1 C dir. olmalıdır.. Isı ve sıaklık kavramları I. ve III. ifadelerde doğru kullanılmıştır. II. ve IV. ifadelerde ısı yerine sıaklık kavramı kullanılmalıdır. 3. Sıaklık temel, ısı türetilmiş büyüklüktür. 7. Isı, sıaklık farkından dolayı bir maddeden başka bir maddeye veya aynı maddenin bölgeleri arasında aktarılan enerjidir. Bu durumda, II. nielik enerji transferi ile ilgilidir. Sıaklık doğrudan, ısı dolaylı yoldan ölçülür. İkisi de skaler büyüklüktür. Yönleri ve doğrultuları yoktur. 4. ürenin iç enerjisi, atom ve moleküllerinin dönme, ötelenme, titreşim kinetik enerjileri ile potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir. Sıaklık ve kütle ne kadar fazla ise, iç enerji o kadar fazladır. Y r 8. apta bulunan suyun iç enerjisi su moleküllerinin kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamına eşittir. aba m su aynı sıaklıkta su eklendiğinde veya ısı verildiğinde suyun iç enerjisi artar. aptan ısı alınırsa suyun iç enerjisi azalır. I ve II işlemleri yapılmalıdır. ISI VE SICAI 19

2 MODE SORU - DEİ SORUARIN ÇÖZÜMERİ 4. C F X termometresinde 5 X olarak ölçülen bir sıaklık 1 Y termometresinde, 5 Y 5 Y Y Y 4 Y 1 Y X Y. Cam hazne içindeki sıvı, ısındığında genleşerek havası alınmış kılal boru içinde yükselir. Soğuduğunda ise büzülerek kılal boru içinde alçalır. Çalışmasında çekim ivmesi etkili değildir. ermometrenin çalışmasında II ve III faktörleri etkilidir. 3. ermometreler suyun donma sıaklığını aynı, sıaklığını farklı gösteriyorlarsa X Y farklı duyar lılıktadırlar ve bölme sayıları farklıdır. Bu 8 4 durumda kaynama sıaklığını da farklı gösterirler. su I. ve II. yargıları yanlıştır. Her iki termometre suyun donma sıaklığını d göstermiş olsun. Bu durumda suyun sıaklığı da olsun. X termometresi, d 8 X Y termometresi, d 4 Y Yani aynı değer X termometresinde 8 bölme, Y termometresinde 4 bölmeye eşittir. X termometresinin bölme sayısı daha fazla olduğundan Y den daha duyarlıdır. III. yargı doğrudur. C F 3 Suyun donma sıaklığını Celius termometresi C, Fahrenheit termometresi 3 F olarak gösterir. I. yargı yanlıştır. Celius ve Fahrenheit termometreleri arasındaki ilişki, C F 3 şeklindedir Bu iki termometrenin aynı gösterdiği sıaklık değeri X, X 1 X X 5X 16 4X 16 X 4 II. yargı doğrudur. Su yun kay na ma sı ak lı ğını Cel i us ter mo met re si 1 o C, Fah ren he it ter mo met re si ise 1 o F ola rak gös te rir. III. yargı doğrudur. 5. Şekilden de görüldüğü C F gibi Celius termometresi N. 1, Fahrenheit termometresi 18, elvin termometresi 1 eşit böl meye ayrılmıştır. Bu du 3 73 D.N. rumda Celius ve elvin Celius Fahrenhait elvin termometrelerindeki sıaklık artışı aynı olur anak aynı değeri göstermezler. 1 bölmede sıaklık 1 C artarsa 18 bölmede 18 F artar. I. ve II. yargılar doğrudur. 13 ISI VE SICAI

3 6. ermometre Donma noktası aynama noktası A( A) M 1 B( B) Bir ter mo met re nin du yar lı lığı üze rin de ki böl me sayısı na bağlıdır. ter mo met re sin de ki bölme sayısı 1 ( ) 1 termometresindeki bölme sayısı 9 ( 1) 1 M termometresindeki bölme sayısı 1 1 ve M ter mo met re le ri nin böl me sa yıları eşit ol duğun dan du yarlıl ık la rı eşit tir. I. yargı doğrudur. er mo met re ler ara sın da ki sı ak lık iliş ki si, ( ) ( 1) M 1 ( ) 9 ( 1) M termometresinin gösterdiği değer termometresinde, II. yargı yanlıştır. 8 olarak öçüü. l l r ve M termometrelerinin aynı gösterdiği sıaklık, X+ 1 X 1 1 6X + 6 5X X 6 III. yargı yanlıştır. Gra fi ğe bak tı ğı mız da B ter mo met re si nin B göster di ği de ğe ri A ter mo met re si 5 A ola rak gös te riyor. A ter mo met re sin de ki ar tış (15 5) 1 A ol du ğunda, B ter mo met re si nin gös ter di ği de ğer de ki ar tış ( ) B olu yor. Bu da bi ze A ter mo met resin de ki 1 br lik ar tı şın B ter mo met re sin de br lik ar tı şa denk gel di ği ni gös te rir. B termometresindeki 4 br lik artış, A termometresinde br lik artışa karşılık gelir. 9. Suyun donma sıaklığını Celius termometresi C gösterirken X termometresi bu değeri X olarak göstermektedir. Celius termometresindeki C lik artış X 6 X termometresinde 4 X lik artışa karşılık gelir. Bu durumda Celius termometresinin C gösterdiği bir sıaklığı X termometresi X X C 7. Grafikteki değerleri yerine yazaak olursak, X X 4 X C X 5 X 1 8 olarak gösterir. Benzer üçgenlerden, sıaklığı 1 C ye karşılık gelir. ISI VE SICAI 131

4 1. C ( C) 1 1. X termometresinde X değeri, X 3 C X kaynama 1 X noktası ölçülen sıaklık X X ( X) X 3 1 X 15 X donma noktası C 3 X olduğundan X termometresi su yun don ma sı ak lı ğını 3 X ola rak gös te rir. Şekildeki taralı üçgenlerin benzerliğinden, 3 X 1 3 X 8 X 1 X Buna göre X termometresi suyun kaynama sıaklığını 1 X olarak gösterir. Y Y 1 ermometrelerdeki değerleri grafiğe aktaralım. X i i C a Benzerlikten a nın değeri, 6 3 & a 5 5 a 5 i 1 3 X I. yol Gra fi ğe ba kıldı ğın da X ter mo met re si ile Y ter momet re si ara sın da ki iliş ki doğ ru nun denk le mi dir. Doğ ru nun denk le mi, Y m.x + n ifa de sin den bu lu nur. Bu ra da m doğ ru nun eği mi dir. Bü yük lü ğü, 1 1 m tanθ 3 1 Gra fik te ki de ğer ler de n sa bit sa yısını da bu la bi li riz. X iken Y 5 ol du ğun dan, 5 m. + n n 5 Bu du rum da doğ ru nun denk le mi, 1 Y X 5 X X olduğunda, 1 Y Y II. yol Benzer üçgenlerden, 5 1 Y 1 Y 19 & Y 95 Y 13 ISI VE SICAI

5 MODE SORU - 3 Eİ SORUARIN ÇÖZÜMERİ 5. sıaklık( C) 8 1. Deney sırasında sabit tutulan nielik, kontrol edilebilen değişken olduğundan sıaklık değişimi kontrol edilebilen değişkendir. ısı(al) arışımın denge sıaklığı C ise, verilen ısı alınan ısıya eşittir. Bu eşitlik, Q alınan Q verilen. abın ha mi 4V ol sun. Öy ley se kabın V ha mi 1 C taki su ile, diğer V ha mi ise 3 C deki su ile dolar. Öy ley se bu karışımın den ge sıak lığı, k k C abın geri kalan kıs mı yani V lik ha mi 6 C deki su ile dol durul duğun da karışımın son sıak lığı, ı + 6 k ı k 4 C CEVAP E 3. Isıl denge sağlandığına göre, am şişe, su ve metal kapağın sıaklıkları eşittir. Cisimlerin öz ısıları, kütleleri ve ilk ve son sıaklıkları bilinmediğinden suyun daha çok ısı aldığı hakkında kesin birşey söyleyemeyiz. m m.. 3..( ) 1..(8 ) C Celius ile Fahrenheit arasındaki ilişki, F F F 95 F 6. Sıaklıkları farklı iki isim birbirine dokundurulduğunda aralarında ısı alışverişi Ortam ısıa yalıtılmış olduğundan alınan ısı, verilen ısıya eşit ve kürelerin iç enerji değişimleri kadardır. ermal (ısıl) denge sağlandığında kürelerin son sıaklıkları eşit Son durumda kürelerin iç enerjilerinin eşit olup olmadığı hakkında kesin birşey söylenemez. Bu durumda, yalnız II. yargı doğrudur. 7. sıaklık( C) Alınan ısı, verilen ısıya eşit olduğuna göre sistemin son sıaklığı, Q alınan Q verilen m su. su. su m metal. metal. metal ( son ) 5.,1. (9 son ) 3 son 6 45,5 son 3,5 son 15 son 3 C Q Q 3Q 4Q ve saf sıvılarının kütleleri oranı, Q m. 1. 4Q m.. 3 m 3 m 4 ısı(al) ISI VE SICAI 133

6 8. ve sıvılarının aldıkları ısılardan öz ısıları oranı, Q m.. Q m t anında ve isimlerinin sıaklıkları sıaklık( C) olmuş ve sabitlenmiştir. Bu andan itibaren 4 3 çubuklar arasın daki ısı alış verişi durmuştur. Sistem yalıt kan olduğundan nin verdiği ısı nin aldığı ısıya eşittir. Q Q t t 3t zaman m..d m..d m..(4 ) m..( ) m.. m C 6 C C ve mus luk la rı eşit de bi li ol du ğun dan akıttık ları su mik tar la rı eşit tir. Mus luk lar dan akan su yun sı ak lı ğı, C a bın ya rıs ı 5 C su ile, diğer ya rıs ı da C taki su ile do lu ol du ğun dan ka rı şımın son sı ak lı ğı, 5 + son 35 C 1. m. m. C C ve nin ısı sığaları C m. eşittir. I. yargı doğrudur. Cisimlerin her zaman aralıklarında sıaklık değişimleri eşittir. II. yargı yanlıştır. t anında ve nin sıaklıkları; 3, dir. Sıaklıkları oranı, 3 3 III. yargı doğrudur. 6 C V V 3 C Ay nı ka bı mus lu ğu t, mus lu ğu 4t sa ni ye de doldur du ğun dan bi rim za man da den V ha min de su akı yor sa den V ha min de su akar. ap ta ki ka rı şımın sı ak lı ğı, Q Q m..(6 son ) m..( son 3) V.d.(6 son ) V.d.( son 3) 1 son son 3 3 son 15 son 5 C 1. 3 C 6 C ap tamamen dolduğunda karışıma katıların sıvıların haimleri ve kütleleri eşit olaağından, C I. yargı doğrudur. abın yarısı 3 C su ile doludur. Bu suyun kütlesi 3 m ise kabın ü doldurulduğunda karışımın 4 kütlesi 3m apta, 3 C deki sudan m, 6 C deki sudan m kütleli su vardır. arışımın sıaklığı, m. 3+ m. 6 4 C m+ m II. yargı doğrudur. Musluğun debisi sabit karışımın sıaklığı olduğundan kaptaki 45 su karışımın sıaklığı şekildeki gibi arışımın sıaklığı 3 eşit zamanda eşit miktarda artmaz. III. yargı yanlıştır. h h zaman 134 ISI VE SICAI

7 ÇÖZÜMER Isı ve Sıaklık est 1 1. Isı akı şı her za man sı ak mad de ler den so ğuk mad de le re doğ ru I. yargı doğrudur. Sı ak i sim le rin ısı ener ji si bü yük tür de ni le mez. Çünkü ısı küt le ye ve mad de nin öz ısı sı na da bağ lı dır. II. yargı yanlıştır. Isı alış ve ri şi nin ol ma sı için sı ak lık far kı şart tır. III. yargı doğrudur.. Sıaklık; emel büyüklüktür. Bir enerji değildir. Madde miktarına ve insine bağlı değildir. Doğrudan ölçülür. Birimi Fahrenheit, deree ve elvin dir. 6. Isı ve sıaklık ölçülebilir büyüklüklerdir. Isı bir enerji çeşididir anak sıaklık değildir. Sıaklıkları farklı iki isim arasında ısı alışverişi II. ve III. yargılar yanlıştır. 7. Metal küre ve su içine atıldı 5 C ğında suya ısı verir. Suyun sıaklığı artar. ermal denge sağlandığında bu artış durur. Su ısı aldığından iç enerjisi 1 C artar. su Suyun sıaklığı artaağından moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi artar. ürenin sıaklığı büyük olduğundan küreden suya ısı geçer. I ve II yargıları doğrudur. 3. Denizlere göre karalarda yazın sıaklık çok yüksek, kışın ise çok düşük olması karaların çabuk ısınıp, çabuk soğuması ile ilgilidir. Bu ise karaların ve denizlerin ısı sığalarının farklı olması ile açıklanabilir. Aynı zamanda güneş ışınları karalarda 1m, denizlerde m derinliğine kadar ulaşmaları ile açıklanabilir. 4. Aynı kütleye sahip farklı tür sıvılar eşit süre ısıtıldıklarında sıaklık değişimleri farklı ise öz ısıları kesinlikle farklıdır. Isı sığası, kütle ile öz ısının çarpımına eşit olduğundan iki sıvı için farklıdır. Haim için kesin birşey söylenemez. 5. Vü ut ısısı de ğil sı ak lı ğı 36,5 C dir. I. ifade yanlış kullanılmıştır. a lo ri sı ak lı k de ğil ısı bi ri mi dir. IV. ifade yan lış kullanılmıştır. CE VAP D 8. Sıaklık, herhangi bir madde içindeki taneik başına düşen ortalama kinetik enerji ile orantılı bir büyüklüktür. Bütün maddelerin molekülleri titreşim hareketi yapar. Sıak maddelerin molekülleri daha hızlı titreşir. Bu nedenle sıak moleküllerinin kinetik enerjisi daha fazladır. Sıaklık, maddenin insine ve miktarına bağlı değildir. 9. a bın ya rı sı su ile do lu ol du ğun dan, di ğer ya rı sı mus luk lar dan akan su ile do lar. Sı ak lık la rı ve olan ay nı ins sı vı dan eşit küt le de akı tıl dı ğın da, ka rı şı mın son sı ak lı ğı, karışım C ap su ile dol du ğun da 1 o C deki su ile 7 o C deki su yun küt le le ri eşit ol du ğun dan, kar fl m C CE VAP A ISI VE SICAI 135

8 1. abı musluğu t süre- de, musluğu t sürede doldurduğuna göre, musluklar aynı anda açıldıklarında musluğundan m gram, musluğundan m gram su akar. arışımın denge sıaklığı, m. m. 65 son + m+ m C C 65 C m m yatay düzlem 13. ve nin aldıkları ısılar eşit olduğundan, Q Q m..(3 ) m..(3 ) m. 1 m. 3 C 1 3 C 14. sıaklık( C) ve sıvılarının aldıkları ısılardan öz ısıları oranı, Q m.. 1 ( olarak bulunur. Q m.. arışımın denge sıaklığı, Q alınan Q verilen m.. ( son ) m.. (8 son ).. ( son ) 1. (8 son ) 4 son 8 8 son 5 son 16 son 3 C t zaman (s) ve sıvılarının aldıkları ısılar eşit olduğuna göre, Q Q m.. m Deney yapan kişinin istediği gibi bilinçli olarak değiştirebildiği nieliğe bağımsız değişken; bağımsız değişkendeki değişiklikten etkilenen nieliğe bağımlı değişken; deneyde sabit tutulan nieliğe kontrol edilebilen değişken denir. Bu deneyde sabit tutulduğundan kontrol edilen değişkendir. ütle değiştirilen nielik olduğundan bağımsız değişkendir. ütleye bağlı olarak ısı değişimi gözlemlendiğinden Q da bağımlı değişkendir. 136 ISI VE SICAI

9 ÇÖZÜMER 1. Celius ve X termometreleri arasındaki ilişki, C ( M ) 1 ( ) C ( M ) 1 ( ) ( M ) C. 1 ( ). X termometresi 3 1 C C X Isı ve Sıaklık M X ter mo met re si 1 o X gös ter di ğin de Y ter mo met re si, Y Y + Y 6 Y yi gösterir. III. yargı doğrudur. 4. Ön e lik le Ame ri ka da ha va sı ak lı ğı nın kaç C ol du ğu nu bul ma mız ge rekir. Cel i us ter mo met re si ile Fah ren he it ter mo metre leri ara sın da ki iliş ki, F 3 C F 3 C F C est Celius termometresi X ter mo met re si su yun kay na ma nok ta sı nı 3 X gös ter di ği de ğer, Cel i us ter mo met re sin de 1 C a, 5 X gös ter di ği de ğer ise C a kar şı lık gel mek te dir. Bu bil gi le r gra fi ğe ak ta rıl dı ğın da şe kil de ki gra fik el de edi lir. 5. Ame ri ka da sı ak lık de re e in sin den, 68 3 C ( C C 18 1 ür ki ye de ha va 5 C da ha so ğuk ol du ğu na gö re, ür ki ye de ha va sı ak lı ğı, 5 15 C sıaklık( C) 3. X termometresi a Y termometresi Grafiğe bakıldığında X termometresinin X gösterdiği değer Y termometresinde Y olarak okunur. I. yargı doğrudur. Grafiğin eğiminden, D X 5 1 tanα Y 8 X DY 4 8 Bu bi ze X ter mo met re sin de ki 1 X ar tı şın Y ter mo metre sin de 8 Y lik bir de ği şim oluş tur du ğu nu gös te rir. II. yargı yanlıştır. t t 3t 4t zaman(dk) Sıvıların öz ısıları oranı 3 olduğuna göre, 3 olsun. Alınan ısı, verilen ısıya eşit olaağından, Q alınan Q verilen m.. m.. m..3 m.3. X ter mo met re si ile Y ter mo met re si ara sın da ki iliş ki, 1 5 X Y+ şeklindedir. 8 m m m 1 m ISI VE SICAI 137

10 6. Her t zaman aralığında isimler Q kadar ısı enerjisi alsın. için, Q m..(3 ) Q m.. m için, Q m..(3 ) Q m.. m M için, Q m M..(3 ) Q m M..3 m M Buna göre; m > m M > m Q. Q. Q t anın da kap ta 4V ha min de 8 C deki su, V ha min de 5 C deki su var dır. Den ge sı ak lı ğı ise, su yun yo ğun lu ğu 1 g/m 3 olduğuna göre, m m V m olduğundan haim yerine küt le d 1 ala bi li riz. 4V..(8 ) V..( 5) (8 ) C CE VAP D 7. Bu tür soruları iki yolla çözebiliriz: Ι. yol: arıştırılan maddeler aynı türden olduğundan karışımın son sıaklığı, son m + m + m m1+ m+ m C ΙΙ. yol: ap yalıtılmış olduğundan ısı kaybı olmaz. Bu durumda alınan ısı verilen ısıya eşittir. arışımın son sıaklığı, Q alınan Q verilen m 1 ( 1 ) + m ( ) m 3 ( 3 ) ( ) + 1( 3) 7(4 ) C 1. Cisimlerin kütleleri eşittir. sıaklık Isıtıılar özdeş olduğundan t anında tüm isimlere verilen ısı miktarları aynı olaağından, N N t zaman m.. m.. m N.. N Grafikten t anında > > N olduğu anlaşılmaktadır. Buna göre isimlerin öz ısıları arasındaki ilişki, > > N N > > 8. Grafikteki bilgilere göre sıvıların öz ısıları, Q Q m.( 3 ) m. Q Q m.( ) m. M ( 4Q Q) 3Q m.( 4 ) m. 4 > > M 11. Metalin son sıaklığı; Q al Q m ,. ( son ) 6 8. ( son ) 75 son son 95 C 138 ISI VE SICAI

11 1. ap musluğuyla 3t sürede, musluğuyla t sürede doldurulduğuna göre, aynı anda açıldığında musluğundan m, musluğundan 3m kütleli sıvı akar. arışımın denge sıaklığı; m. 3m. 8 son + 4m C C 8 C 3m m yatay düzlem 13. Gra fi ğe ba kıl dığın da t anın da X ve Y sı vı la rı nın al dık la rı X ısı lar eşit ve olduğuna göre kütleleri oranı, Y 3 sıaklık( C) t X Y zaman Q X Q Y m X. X. X m Y. Y. Y m X. X. X m Y. Y Y m X..(3 ) m Y.(3 ) m X.4 m Y. m X 1 m 4 Y 14. S v lar nöz s lar, 4Q Q m. D m. D Q Q m. D m. D M 3Q Q 3m. D m. D Buna göre, > M ISI VE SICAI 139

12 14 ISI VE SICAI