3 Ünite Isı ve Sıcaklık 1. Isı, Sıcaklık 2. Hâl Değişimi 3. Enerji İletim olları ve Enerji İletim Hızı 4. Genleşme
1 Isı, Sıcaklık, Hâl Değişimi ve Genleşme'nin Çözümleri 3 Test 1'in Çözümleri 1. Fizikte 7 temel büyüklük vardır. Sıcaklık bu temel büyüklüklerden birisidir. O hâlde I. yargı doğrudur. SI sisteminde ısı birimi joule olup günlük yaşantıda ısı birimi olarak kalori (cal) de kullanılır. O hâlde II. yargı yanlıştır. SI sisteminde sıcaklık birimi dir. Bu nedenle III. yargı doğrudur. 4. F- 32-273 18 1 bağıntısını kullanırsak; F - 32 278-273 18 1 F - 32 5 18 1 F - 32 9 F 41 F bulunur. 2. C- F- 32 1 18 bağıntısını kullanırsak; C 122-32 1 18 C 9 1 18 C 5 C bulunur. 3. F C 212 1 18 bölme 1 bölme 32 Fahrenheit termometresindeki 18 bölmeye karşılık Celcius termometresinde 1 bölme vardır. Buna göre; 18 F bölmesi 1 C bölmesi 27 F bölmesi x C bölmesi x 15 C bölmesi bulunur. 5.,, Z cisimlerinin sıcaklıklarını Celcius cinsinden bulalım; 323-273 T 1 1 T 5 C 122-32 T 18 1 9 T 18 1 T 5 C T Z sıcaklığı soruda 5 C olarak verilmiştir. Buna göre, ve Z cisimlerinin sıcaklıkları 5 C olup eşittir.
4 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 6. 3 3 4 C 4 Celcius termometresinde 4 C lik artış termometresinde 3 e karşılık gelmektedir. Buna göre Celcius termometresinde 1 C artış termometresinde 75 olacaktır. termometresi 3 ten başladığı için suyun kaynama sıcaklığı 45 olacaktır. 9. İki cisim ısıca yalıtılmış bir ortama bırakılırsa, sıcaklıkları eşit oluncaya kadar birisinden diğerine enerji transferi gerçekleşir. Son durumda cisimlerin sıcaklıkları eşit olur. anıt D dir. 1. 1T 9T T s cakl k t cisminin verdiği ısı cisminin aldığı ısıya eşit olacağından; m c T m c T 7. Isı, sıcaklık farkından dolayı alınan ya da verilen enerji olduğu için I. yargı doğrudur. Sıcaklık, taneciklerin ortalama kinetik enerjisi ile orantılı bir büyüklüktür. II. yargı da doğrudur. Cisim erime sıcaklığında ise alınan ısı cismi eritmek için kullanılır. Cismin tamamı eriyinceye kadar sıcaklık değişmez. III. yargı yanlıştır. c (1T 9T) c (9T T) c T c 8T c c 8 bulunur. 11. Sıvılardan birinin verdiği ısı, diğerinin aldığı ısıya eşit olacağından; m c D T m c DT m c 2m c c c 2 bulunur. 8. Celcius termometresinde 1 C artış elvin termometresinde de 1 olarak gerçekleşir. Bu nedenle Celcius ve elvin termometrelerinin duyarlılıkları aynıdır. I. yargı doğrudur. Hiç bir cismin sıcaklığı veya daha aşağıda olamayacağı için II. yargı yanlıştır. Sıcaklık termometre ile ölçüldüğü için III. yargı da yanlıştır. 12. Celcius termometresindeki 8 C lik artış, termometresinde 6 lik artış meydana getirdiğine göre; Celcius termometresindeki 2 C lik azalma termometresinde 15 lik azalmaya karşılık gelir. Bu durumda termometresi suyun donma sıcaklığını 5 olarak gösterilir. anıt D dir.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 5 Test 2'nin Çözümleri 1. 2T m 2m 5T 4. Isı, sıcaklık farkından dolayı transfer edilen enerji olup her sıcaklığı yüksek olan cisimden düşük olana doğru aktarılır. I. yargı doğrudur. Isı transferi cisimler ısıl dengeye gelinceye kadar devam eder. Cisimler ısıl dengeye geldiğinde sıcaklıkları eşit olur. II. yargı da doğrudur. Sıcak olan cisminden soğuk olan cismine ısı aktarımı olur. İki cismin sıcaklığı eşit olduğunda ısı akışı durur. Denge sıcaklığı Tʹ olmak üzere; Cisimler ısıl dengeye geldiğinde, verilen ısı alınan ısıya eşit olur. Q verilen Q alının m 1 c T 1 m 2 c T 2 m c T 2m c T (Tʹ 2T) 2 (5T Tʹ) 3Tʹ 12 T Tʹ 4T bulunur. anıt D dir. m 1 T 1 m 2 T 2 Buna göre kütlesi küçük olanın sıcaklık değişimi daha büyüktür. ani büyük kütleli cismin denge sıcaklığı, ilk sıcaklığına daha yakın olur. III. yargı da doğrudur. 2. T > T olduğundan ısıl denge sağlanıncaya kadar maddesinden maddesine ısı transferi olabilir. Bunun sonucunda maddesinin sıcaklığı sürekli artabilir. maddesi erime sıcaklığında bir katı ise enerjisini erimede kullanabilir. Bu durumda hem in hem de nin sıcaklığı hiç değişmeyebilir. 5. 6 C 2 C 3. Başlangıçta kapta bulunan sıvının sıcaklığı; 27 + 273 3 dir. aba ilave edilen sıvının sıcaklığı 2 dir. Eğer iki sıvının kütlesi eşit olursa karşımın sıcaklığı 25 den büyük 3 den küçük değerler alır. ine denge sıcaklığı 27 C nin altında bir değer olabilir. Sıcak sıvının verdiği ısı ile soğuk sıvının aldığı ısı miktarları eşittir. Sıvıların ısı sığaları, yani m c leri eşit olduğundan; Q Q m c T m c T (6 T) (T 2) T 4 C bulunur. anıt D dir.
6 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 6. Su öz ısısı en büyük maddelerdendir. Bu nedenle hem geç ısınır hem de geç soğur. 9. Bir maddenin ısı enerjisi, Q mc T bağıntısı ile verilir. Bağıntıya dikkat edildiğinde bir maddenin sahip olduğu ısı enerjisi hem kütle, hem öz ısı, hem de maddenin sıcaklık değişimi ile doğru orantılıdır. 7. anmanın sona ermesi için yanan madde ile havanın temasının kesilmesi gerekir. I. yargı doğrudur. Madde sıcaklığı yanma sıcaklığının altına düşürüldüğünde yanma durur. Suyun hidrojen ve oksijenden oluştuğu bilgisi doğru bir bilgidir. Ancak bu olayla bir ilgisi yoktur. anıt D dir. 1. sıcaklık 8. soğutucu bölme 3T 2T T cam balon su ve etil alkol karışımı saf etil alkol t ve maddelerine eşit miktarda ısı enerjisi verildiğinde sıcaklık değişimi; T 3T 2T T T 2T T T eşit oluyor. Bu deneyde su ve alkolün birbirinden ayrılmasının nedeni kaynama sıcaklıklarının farklı olmasındandır. Q m. c. T bağıntısına göre Q ve T ler aynı ise mc ler, yani ısı sığaları aynıdır.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 7 11. 13. boy kılcal boru 3, 2, sıvı sıvılı termometre hazne Sıvılı termometrelerde duyarlılığı artırmak ve daha doğru ölçümler yapmak için şunlara dikkat edilir. Termometre için seçilen katı maddenin genleşme katsayısı küçük olmalıdır. Haznede kullanılan sıvının genleşme katsayısı büyük olmalıdır. İçine sıvı konulan kısmın (haznenin) genişliği yeterince büyük olmalıdır. Termometrenin kılcal borusu ince olmalıdır. ılcal borudaki bölme sayısı fazla olmalıdır., T Şekil I 2T sıcaklık Şekil I deki boy-sıcaklık grafiğine göre, metalinin uzama katsayısı inkinden büyüktür. 1 yatay Şekil II Şekil II deki metal çifti ısıtılırsa uzama katsayısı büyük olan metali dışta kalacak biçimde bükülür. Bükülme sırasında ucu 1 numaralı yolu izler. 12. Bir cisme verilen ısı enerjisi Q m.c. T bağıntısı ile hesaplanır. Buna göre; Q P Q R (m.c) P. T P (mc) R. T R T P > T R olduğundan (mc) P < (mc) R olur.
8 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME Test 3'ün Çözümleri 3. M 1 M 2 R R 1. Z (1) P S (2) Önce M 2 mumu eridiğine göre, S çubuğunun ısı iletkenliği P ninkinden büyüktür. I. yargı doğrudur. Bu verilenlerle R çubuğunun iletkenliği hakkında yorum yapamayız. Bu nedenle II ve III. yargılar yanlıştır. M (3) mumu önce düştüğüne göre, (1) ve (2) numaralı çubukları karşılaştıralım. + + Z > + + bağıntısından Z > bulunur. mumu, M mumundan önce düştüğüne göre (2) ve (3) numaralı çubukları karşılaştıralım. + + > + + bağıntısından > bulunur. Buna göre; Z > > dir. anıt D dir. 4. atı maddelerde atom veya moleküllerin enerjilerini birbirine aktarmasına enerjinin iletim yoluyla yayılması denir. Buna göre kaşığın ısınmasında ısı iletim yoluyla yayılmıştır. Sıvı ve gazlarda özkütle farkından dolayı atom veya moleküller madde içinde hareket ederek yer değiştirir. Böylece enerji madde içindeki atom veya moleküllerin hareketiyle taşınmış olur. Isının madde içindeki atom veya moleküllerin öteleme hareketi ile taşınması olayına enerjinin konveksiyon yoluyla yayılması denir. Buna göre çorbanın içinde ısı konveksiyon yoluyla dağılır. 2. 3 2 P çubuğu A R çubuğu 1 5. Tüylerinin arasındaki hava yalıtkanlık görevi görerek kuşların üşümesini engeller. Benzer biçimde pencerelerin çift cam yapılması ve tuğlaların delikli yapılmasında da aynı ilke kullanılmaktadır. Bu iki sistemde de hava yalıtkanlık görevi yapar. I. Metal P ve R çubuklarının uzunluğu eşit olup önce 1 numaralı mum erimiştir. O hâlde R çubuğunun iletkenliği P ninkinden büyüktür. II. Verilen bilgilerle çubukların ısınma ısısını karşılaştıramayız. III. Önce 2, sonra 3 numaralı mum eridiğine göre ısının iletimi metallerin uzunluğuna da bağlıdır. 6. Sıcaklığı değişen maddelerin genleşip büzüştüğünü biliyoruz. Bu duruma I ve II ile verilen bilgiler uygundur. Ancak III ile verilen bilgi buna uygun değildir.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 9 7. ıslak bez bakır tahta ıslak bez Bakır çubuğun ısı iletkenliği tahtanınkinden büyük olduğundan alevden gelen enerjiyi dağıtır. Böylece bakıra sarılı ıslak bez tutuşma sıcaklığına daha geç varır. anıt B dir. 1. Çelik tencerenin iletkenliği toprak kaptan çok fazladır. Bu nedenle sıcaklığı fazla olan çelik tencereye dokunduğumuz elimiz yanar. Aynı sıcaklıktaki toprak kap yalıtkanlığından dolayı elimizi yakmaz. Isı iletkenliğinin özkütle ve öz ısı ile doğrudan bir ilgisi yoktur. anıt B dir. 11. 2 T A 2T T 2A 2T 8. Hava yalıtkan olduğundan ısı enerjisini az iletir. Bundan dolayı güneş ışınlarının etkisiyle dünyanın kazandığı ısı enerjisi kısa da kaybolmaz. anıt B dir. 9. Elektrik sobalarında direnç tellerinin arkasında parlak yüzeyli bir levha vardır. Direnç tellerinden yayılan ışınlar, bu parlak levhadan yansıyıp odanın içine yönelir. Bu olayda ışıma yoluyla gelen enerji yansımaya uğramaktadır. I. Demir-çelik fabrikalarında çalışan işçiler özel parlak elbiseler giyerler. Çünkü ışımayla gelen enerji parlak elbiselerden yansır. Böylece işçi çok yüksek sıcaklıktan korunmuş olur. II. İtfaiyecilerin parlak elbise giymesinin nedeni de ışıma ile gelen enerjiyi geri yansıtmak içindir. III. Petrol taşıyan tankların içinde kolay tutuşan akaryakıt bulunmaktadır. Bu yakıt belli bir sıcaklıkta tutuşur. Bunun önüne geçmek için tanklar, parlak renklerde boyanır. Buradaki amaç, ışımayla gelen enerjiyi geri yansıtmaktır. I, II ve III numaralı önermeler ile soruda verilen önerme aynı ilkeyle açıklanır. Isı iletim hızı; D H k A T, T Z bağıntısı ile bulunur. Cisimler aynı metalden yapıldıkları için ısı iletim katsayıları (k) aynıdır. Değerleri verilen bağıntıda yerine yazarsak; H A T, 2A T A T H 4,, 2 2A 2T A T H Z 4,, bulunur. Buna göre, Z > tir. 2A 3T 12. Demir çubuğun ısı iletkenliği tahtanınkinden büyük olduğundan kardan gelen soğuğu tahtaya göre daha çabuk iletir.
1 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME Test 4'ün Çözümleri 1. Suyun sıcaklığı daha yüksek olduğu için su ısı verir buz da ısı alır ve bir kısmı erir. Böylece karışımdaki su miktarı artar. anıt D dir. 4. tahta fıçı tahta Buz erime sıcaklığında olduğundan 25 C deki suyun içine atılınca bir miktar erime meydana gelir. Bunun sonucunda hem buzun kütlesi hem de suyun sıcaklığı azalır. 2. atı maddeye verilen ısı enerjisi maddenin sıcaklığını artırır. Sıcaklığı artan madde genleşir ve buna bağlı olarak özkütlesi azalır. Ancak maddenin kütlesi ve öz ısısı değişmez. ütle ve öz ısısının çarpımı ısı sığasını verir. Buna göre, değişmeyen nicelik maddenin ısı sığasıdır. 5. Erime ve kaynama sıcaklıkları maddeler için ayırt edici özelliktir. Isı sığası ayırt edici özellik değildir. anıt D dir. 6. 3. Aralarında sıcaklık farkı olan maddeler bir araya getirildiğinde aralarında ısı alışverişi olur. Sıcak suyun içine atılan metal cisimler ve su ısıl dengeye geldiğinde her üçünün de sıcaklığı eşit olur. anıt D dir.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 11 7. Donma sıcaklığı ( C) aynama sıcaklığı ( C) P 2 11 R 1 9 S 2 18 9. Şekil I su m buzun kütlesi Şekil II t 1 P maddesi 2 C de donar, 11 C de kaynar R maddesi 1 C de donar, 9 C de kaynar. S maddesi 2 C de donar, 18 C de kaynar. 6 C de maddelerin üçü de sıvı hâldedir. Buz kalıbı Şekil I deki gibi, suyun içine atıldıktan sonra geçen sürede kütlesinde bir değişme olmamıştır. Bir başka ifadeyle, sıcaklığı C nin altında olan buz kalıbı suyun içine atıldıktan sonra sıcaklığı C ye yükselmiştir. Buna göre; t anında buzun sıcaklığı C nin altındadır. t 1 anında karışımın sıcaklığı C dır. t anında suyun sıcaklığı C nin üstündedir. 8. buz kütlesi 1. Su normal koşullarda C de donar. Buz da normal koşullarda C de erir. Ancak dış basınç ve katkı maddeleri bu sıcaklıkları değiştirebilir. Bu nedenle I. yargı her doğru değildir. Diğer iki yargı söz konusu deneyden elde edilebilir. 2m m t 1 t 2 ütlesi 2m olan bir buz kalıbı suyun içine atıldığında, -t 1 aralığında kütlesi azalarak m ye iniyor. O hâlde buz -t 1 aralığında erimiş ve erimesi için gerekli enerjiyi sudan almıştır. Bunun sonucunda suyun sıcaklığı azalır. I. yargı doğrudur. t 1 -t 2 aralığında su ile buz arasında ısı alışveriş olmamıştır. II ve III. yargılar yanlıştır. 11. Buz 273 sıcaklığında erir. Denge sıcaklığı 273 sıcaklığından büyük olduğuna göre buzun tamamı erimiştir. Buzun eriyebilmesi için sudan ısı alması gerekir. Bunun için de suyun sıcaklığı 273 den büyük olmalıdır. Buna göre I. yargı kesinlikle yanlış olup II ve III. yargılar doğru olabilir. 273
12 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 12. İçinde suyun kaynadığı kabın ağzı açık olduğu için buharlaşma olur. Buharlaşma sonucu sıvının kütlesi azalır. aynama süresince sıcaklık sabit kalır. Ancak sistemin kütlesi azaldığı için verebileceği ısı enerjisi azalır. anıt B dir. 14. Tabloda maddesinin C de kaynadığı verilmiş. O hâlde 1 C de maddesi gaz hâlindedir. Madde Donma noktası ( C) aynama noktası ( C) 7 5 +7 Z +3 +2 ine tabloda maddesinin 5 C de donduğu verilmiş. 1 C de sıvı hâldedir. Z maddesinin 3 C de donduğu verilmiş. 1 C de Z katı hâldedir. anıt B dir. 13. Işıma yoluyla gelen enerjiyi iyi emen cisimler aynı da iyi yayıcıdır. Bu yolla aynı ortamdaki cisimlerin sıcaklığı eşitlenir ve siyah cisimler ısıl dengeye ulaşır. Radyo dalgalarının kuvvetli bir şekilde yayması için tasarlanan bir radyo anteni aynı da radyo dalgalarını kuvvetli bir şekilde alır.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 13 Test 5'in Çözümleri 4. C 4 C 8 C 1. C deki suyun sıcaklığı artırıldığında büzülür. Söz konusu su ısıtılıp sıcaklığı arttıkça büzülmeye devam eder. Bu durum, su sıcaklığının +4 C olmasına kadar sürer. +4 C de su, minimum hacim ve maksimum özkütleye sahiptir. 2. 6 C de m 1 gram suyun sıcaklığı C ye ininceye kadar ısı verir. C de m 2 gram buzun tamamı C de su oluncaya kadar ısı alır. Buna göre; Q veren Q alan m 1 c su T m 2 m 1 1 6 m 2 8 m1 4 m 2 3 bulunur. anıt B dir. C su C su C su I. kabındaki su ve buzun ilk sıcaklıkları eşit olduğundan bunlar arasında ısı alışverişi olmayacaktır. Bu nedenle ısıl denge sağlandığında kabındaki buzun kütlesi en küçük olur. I. yargı yanlıştır. II. Isıl denge sağlandığında her üç kapta da su-buz karışımı olduğuna göre kaplardaki karışımların sıcaklıkları eşit ve C dir. II. yargı yanlıştır. III. Z kabına atılan buzun sıcaklığı 8 C olduğundan en fazla bu kaptaki su donar. Bir başka ifadeyle Z kabındaki buzun kütlesi en büyük olur. Bu nedenle III. yargı doğrudur. Z 3. m 2 kütleli cisim eridiğine göre m 1 kütleli cisimden m 2 kütleli cisme ısı enerjisi aktarılmıştır. Bir başka ifadeyle, T 1 > T 2 dir. Bu nedenle I. yargı yanlıştır. Isıl denge sağlandığında yalnızca m 2 kütleli cisim eridiğine göre 1 > 2 dir. O hâlde II. yargı doğrudur. 1 atmosfer T 1 T 2 m 1 m 2 Denge sıcaklığının T 1 ve T 2 arasında bir değer olması gerekir. ani T 1 > T > T 2 olmalıdır. Bu nedenle III. yargı yanlıştır. 5. sıcaklık kat kat + s v s v s v + gaz gaz M N P aralığında sıcaklık arttığına göre madde katıdır. aralığında ısı verildiği hâlde sıcaklık değişmediğine göre madde erimektedir. ani katı+sıvı hâldedir. M aralığında sıcaklık arttığına göre madde sıvıdır. Isı verildiği hâlde N aralığında sıcaklık değişmediğine göre sıvı kaynamaktadır, yani sıvı+gaz hâldedir. P aralığında sıcaklık arttığına göre maddenin tamamı gaz hâlindedir.
14 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 6. Donma sıcaklığı ( C) aynama sıcaklığı ( C) P 15 25 R +5 +15 S +53 +212 8. 2m m su kütlesi I. P maddesi 15 C de erir, 25 C de gaz hâline geçer. 22 > 25 olduğundan 22 C de P maddesi gaz hâldedir. O hâlde I. yargı doğrudur. II. 25 C de P gaz, R sıvı, S ise katı hâldedir. O hâlde II. yargı yanlıştır. III. 13 C de P ve R gaz, S ise sıvı hâldedir. Bu nedenle III. yargı da doğrudur. t 1 t 2 t 3 Su kütlesi -t 2 aralığında değişmediğine göre bu aralığında suyun sıcaklığı azalmaktadır. ani T 1 sıcaklığı C den büyüktür. Su kütlesi t 2 anından itibaren azalmaya başladığına göre T 2 C olmalıdır. t 2 -t 3 aralığında su donmaktadır. Su donarken sıcaklığı değişmez. Bu nedenle T 3 C olmalıdır. 9. hacim özkütle (g/cm 3 ) 7. 2m m buz kütlesi t t anından itibaren buz kütlesi azaldığına göre buz atıldığı anda erimeye başlamıştır. Bunun için de sıcaklığı C olmalıdır. I. ve II. yargılar doğrudur. Buzun eriyebilmesi için sudan ısı alması gerekir. ani suyun sıcaklığı C nin üzerinde olmalıdır. III. yargı da doğrudur. I sıcaklık ( C) 4 4 1 II sıcaklık ( C) Su diğer sıvılardan farklı özellik gösterir. C deki suyun sıcaklığı artırıldığında büzülür. Bu suyun sıcaklığı artıkça, +4 C ye kadar büzülmeye devam eder. +4 C de su, minimum hacim ve maksimum özkütleye sahiptir. +4 C den sonra su ısıtılmaya devam edilirse genleşmeye başlar. Bu durum, 1 C de kaynama sıcaklığına kadar devam eder.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 15 1. buz kütlesi t 1 t 2 Buz kütlesi -t 1 aralığında değişmediğine göre bu aralığında buzun sıcaklığı artmıştır. I. yargı doğrudur. t 1 -t 2 aralığında buz erimektedir. Buzun eriyebilmesi için ısı alması gerekir. Bu ısıyı su vereceğinden suyun sıcaklığı azalmıştır. II. yargı yanlıştır. 12. Havanın sudan soğuk olduğu larda gölde soğumanın büyük kısmı yüzeyde gerçekleşir. Başlangıçta sıcaklığı +4 C nin üstünde olan yüzeydeki su, soğudukça özkütlesi artar ve dibe çöker. Göldeki tüm suyun sıcaklığı +4 C ye inmeden doğrudan C inmez. Bu nedenle buz oluşmadan önce göldeki tüm suyun +4 C ye soğuması gerekir. Sonra hava sıcaklığı +4 C nin altında kalırsa, yüzeydeki su da +4 C nin altına iner. Bu yüzey suyu batmaz. Çünkü sıcaklığı daha düşük olduğu için özkütlesi alttaki suyun özkütlesinden küçüktür. buz t 2 anında buz kütlesi sıfır olduğuna göre buzun tamamı erimiştir. III. yargı doğrudur. anıt B dir. Böylece daha soğuk ve özkütlesi küçük su yüzeyde kalır. üzey suyu hava sıcaklığına bağlı olarak soğuyarak donar. üzeyde buz oluşurken, sıvı bir ortama gereksinim duyan organizmalar, buzun altında +4 C deki suyun içinde yaşamaya devam eder. 13. buz kütlesi 2m 11. su kütlesi su kütlesi su kütlesi m t 1 t 2 t 3 I II III -t 1 aralığında buzun kütlesi değişmediğine göre, buzun ilk sıcaklığı 32 F ın altında, suyunki 32 F ın üstündedir. I ve II. yargılar doğrudur. C deki suya sıcaklığı C nin altında olan buz atıldığında sudan buza enerji transferi gerçekleşir ve suyun bir kısmı donar. ani suyun kütlesi azalır. anıt B dır. Isıl denge sağlandığında kapta su-buz karışımı olduğuna göre, denge sıcaklığı 32 F dir. III. yargı da doğrudur.
16 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME Test 6'nın Çözümleri 3. boy 1. Z h 2h s cakl k A 2A Sıvılar için hacimce genleşme miktarı; V V 3a T bağıntısı ile bulunur. Verilenleri bağıntıda yerine yazalım. h A A h 3a T h h 3a T Bu durumda aynı cins sıvıların sıcaklıkları eşit miktarda artırılırsa h sadece ilk yüksekliğe bağlı olur. Grafikten; metalinin uzama katsayısının en büyük, Z ninkinin en küçük olduğu bulunur. I, II, III numaralı düzeneklerin sıcaklığı eşit miktarda artırılırsa; I. küresinin genleşmesi daha büyük olduğundan halkasından geçemez. II. küresinin genleşmesi daha büyük olduğundan Z halkasından geçemez. III. halkasının genleşmesi daha büyük olduğundan Z küresi halkasından geçer. h h 3a T h 2h 3a T Dh 1 bulunur. Dh 2 I II Z III Z anıt B dir. 4. sıcaklık 2. x y evhanın sıcaklığını artırmak, fotokopi makinesinde bir fotoğrafın büyütülmesi gibidir. Fotoğrafın her yeri orantılı olarak büyür. Buna göre levha ısıtıldığında hem x, hem y uzaklığı artar. M iç enerji Bir cismin sıcaklığı azalırken iç enerjisi artmaz. Bu nedenle M doğrusu bir maddenin sıcaklık - iç enerji değişimini gösteremez.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 17 5. Hacim iki katına çıkınca kütle de iki katına çıkar. Q m c T bağıntısına göre sıcaklık değişimi; DT 2 olur Hacim 2V, sıcaklık artışı V V 3a T DT 2 2V olduğundan; s v bağıntısına göre hacimce genleşme miktarı değişmez. Bu durumda sıvının yükselme miktarı h da değişmez. 7. Aynı koşullarda farklı metallerden yapılmış tellerin uzama miktarları farklı olur. ani boyca uzama katsayısı katılar için ayırt edici bir özelliktir. I. yargı doğrudur. Benzer şekilde farklı sıvılar aynı koşulda farklı genleşir. Buna göre hacimce genleşme katsayısı sıvılar için ayırt edici bir özelliktir. II. yargı da doğrudur. Bütün gazların hacimce genleşme katsayısı normal 1 koşullarda dir. ani hacimce genleşme katsayısı gazlar için ayırt edici bir özellik değildir. III. 273 yargı da doğrudur. anıt D dir. 6. r r r 8. 2a Uzama miktarı, sıcaklık artışı sonucundaki uzunluk ile ilk durumdaki uzunluğun farkıdır. D,, 2-, 1 D, 2 r 2r- 2 r r 2rr D, 2 r 3r- 2 r 2r 2rr D, 1 D, bulunur. üzeyce genleşme miktarı; A A 2a T bağıntısıyla bulunur. Buradan; 2 DA ra 2 a T 2 DA 4 a 2 a T DA r bulunur. DA 4
18 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 9. r 11. P R S soğutma P R S r M r Şekil I Şekil II silindirini tutan çubuklar eşit miktarda kısalacağından, bu silindir dönmeden öteleme hareketi yapar. ve M silindirlerinin tur sayıları, çubuğun bağlantı noktasından olan uzaklığı ile doğru orantılıdır. Buna göre n M > n > n olur. Şekil I ve Şekil II yi karşılaştırdığımızda boyu en çok değişen P nin uzama katsayısının en büyük, boyu en az değişen S nin uzama katsayısının en küçük olduğunu görürüz. P R R S Şekil III P nin uzama katsayısı R ninkinden büyük olduğunda Şekil III teki P-R çiftini soğutarak boylarını eşit hâle getirebiliriz. R nin uzama katsayısı S ninkinden büyük olduğundan R-S çiftini eşit boya getirmek için ısıtmamız gerekir. anıt D dir. 12. 1. Birim yüzeye uygus v lanan kuvvete basınç denir. Sıcaklık artınca sıvı genleşeceğinden ve noktaları üzerindeki sıvı miktarları artar, fakat M noktası üzerindeki sıvı miktarı M yatay değişmez. Bu nedenle P ve P artarken P M değişmez. anıt B dir. s v Aşağıdan yukarıya doğru giderek genişleyen düzgün bir kapta hâl değişimi olmadan sıvının sıcaklığı artırılırsa, noktasındaki sıvı basıncı azalır ancak noktasındaki sıvı basıncı artar. abın tabanındaki basınç azaldığına göre, basınç kuvveti de azalır. anıt D dir.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 19 13. + + 15. S S h 2 h 4 2S a 1 a 2 a 3 h Şekil I Şekil II S I 2S II S III Z + Şekil III a > a olduğundan, Şekil I deki metal çifti ısıtılırsa devre tamamlanamaz ve lambası ışık vermez. Şekil II de ve metal çubukları uç uca eklidir. Bu çift ısıtılırsa devre tamamlanır ve lambası ışık verir. a > a olduğundan Şekil III teki metal çifti ısıtılırsa devre tamamlanabilir ve Z lambası ışı verebilir. Sıvılara eşit miktarda ısı enerjisi verilmiştir. Sıvıların cinsi bilinmediğinden sıcaklık farkları bulunamaz. Bu nedenle sıvıların genleşme katsayıları ile öz ısıları hakkında yorum yapamayız. Şekillerden genleşme miktarları; DV1 DV2 1 2 1 2 hs hs 1 1 DV3 2 hs hs 4 2 bulunur. O hâlde üç sıvının genleşme miktarları eşittir. anıt B dir. 14. Bir cismin çevresine ışıma yoluyla yaydığı enerjinin büyüklüğü cismin sıcaklığına bağlıdır. üksek sıcaklığa sahip cisimler yüksek enerjili ışıma yapar. Düşük sıcaklığa sahip cisimler düşük enerjili ışıma yapar. Öz ısı, bir cismin sıcaklığının çabuk yükselmesi ve çabuk soğumasında etkilidir. Ancak ışıma yoluyla yaydığı enerjinin büyüklüğünü değiştirmez. Bir cismin rengi, ışıma yoluyla gelen enerjinin emilmesi ve yansıması konusunda etkilidir. Ancak cismin ışıma yoluyla yaydığı enerjinin büyüklüğünü değiştirmez. 16. Güneşten çıkan enerji pile yalnızca ışıma yoluyla gelir. anıt B dir.
2 ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME Test 7'nin Çözümleri 1. su 2 C cıvata 25 C 4. Bir enerji çeşidi olan ısı, hissedilebilir somut bir varlık gibidir. Soğuk ise somut olmayıp ısının yokluğudur. Alınıp verilen şey sadece ısıdır. alıtımı soğuğu dışarda tutsun diye yapmayız. Sıcağı içerde tutsun diye yaparız. Ev ve iş yerlerimizde yaptığımız yalıtımın nedeni hem yazları hem de kışları ısının hareketini yavaşlatmak içindir. anıt D dir. Her ısı enerjisi, moleküller enerjisi fazla olandan az olana geçmez. Sıcaklığı 2 C olan 5 litrelik su ile sıcaklığı 25 C olan cıvatayı karşılaştıralım. Cıvatanın sıcaklığı fazla olmasına rağmen 5 litrelik sudaki kinetik enerji daha büyüktür. Eğer cıvatayı suyun içine atarsak, enerji; sudan, cıvataya geçmez; aksine cıvatadan suya geçer. Isı, her sıcaklık farkına göre akar. Isı, hiçbir soğuk cisimden sıcak cisme geçmez. 5. 2. Bir termometre, sıcaklığı ölçülecek cismin sıcaklığını değiştirmemesi için, yeterince küçük olmalıdır. Eğer bir odanın sıcaklığını ölçüyorsanız, termometre tarafından emilen ısı, ihmal edilebilecek kadar küçük olmalıdır. Oda sıcaklığının termometrede okuduğumuz değeri, büyük oranda doğrudur; ancak bir damla suyun sıcaklığını ölçüyorsanız, termometrede okunan değer, suyun ilk sıcaklığından çok farklı olabilir. Soğuk bir günde ateşin yanında ısınmaya çalışan kişinin vücudundaki atom ve moleküllerin kinetik enerjileri artar. Moleküllerin potansiyel enerjilerinin artması için hâl değiştirmesi gerekir. Isı, sıcaklıkları farklı iki cisim arasında gerçekleşen enerji transferidir. Bu nedenle atom ve moleküllerin ısısı artmıştır demek anlamsızdır. anıt A dir. 3. Verilenlerden yalnızca yer çekimi potansiyel enerjisi bir cismin iç enerjisi değildir. 6. Isı alan cisim enerji emen cisimdir. Emilen enerji, maddeleri farklı şekillerde etkileyebilir. Moleküllerin öteleme hızının artmasına neden olan enerji, sıcaklığın artmasından sorumludur. Emilen enerji aynı da moleküllerin dönmesini ve moleküllerin içindeki titreşimleri de artırabilir. Ancak bu enerji türleri, sıcaklığın ölçütleri değildir. Sıcaklık, sadece öteleme kinetik enerjinin bir ölçütüdür.
ISI, SICAI, HÂ DEĞİŞİMİ VE GENEŞME 21 7. Bir maddenin sıcaklığı, o maddedeki moleküllerin öteleme kinetik enerjisinin bir ölçütüdür. Bu nedenle bir maddenin sıcaklığı artmış ise o maddenin moleküllerinin öteleme kinetik enerjisi artmıştır. 1. Günümüzde sıcaklığın en alt limiti elvin olarak kabul edilmektedir. Mutlak sıfır noktası olarak adlandırılan bu sıcaklık derecesine sahip atom ve moleküller çevrelerine herhangi bir enerji yaymaz. Sıcaklık değeri mutlak sıfırın üzerindeki her cisim ise ışıma yapar. Bu nedenle I. öncül her doğru değildir. Sıcaklık değeri mutlak sıfırın üzerindeki soğuk ve sıcak tüm cisimler ışıma yapar. Bu nedenle II. öncül yanlıştır. Işımanın enerjisi, ışını yayan cismin sıcaklığına bağlıdır. üksek sıcaklığa sahip cisimler yüksek enerjili ışıma yapar. Düşük sıcaklığa sahip cisimler de düşük enerjili ışıma yapar. Bu nedenle III. öncül kesinlikle doğrudur. 8. Öz ısısının büyük olmasından dolayı suyun enerji depolama kapasitesi, diğer birçok maddeninkinden fazladır. Bu özelliğinden dolayı su, soğutma sistemlerinde kullanılır. Aynı da ısındıktan sonra soğuması uzun sürdüğü için ısınma amacıyla da kullanılmaktadır. Uyarı: Simon Braun ve ekibi 213 yılında 1 atom kullanarak yaptıkları bir çalışmada elvin sıcaklığın altına inmeyi başardılar. Simon Braun, "Hareket eden parçacıklar için ilk kez negatif mutlak sıcaklığı oluşturduk." dedi. Ancak Bu çalışma henüz ders kitaplarına girmiş değildir. anıt B dir. 9. Sıcak bir yüzeye dokunulduğunda hissedilen sıcaklık, yüzeydeki moleküllerin parmak moleküllerine aktardığı kinetik enerjidir. anıt A dır 11. Genelde sıvılar ve gazlar iyi yalıtkandır. Hava gazların bir karışımı olup yalıtkandır. ar taneleri kristallerinde çok miktarda hava bulunduğundan iyi bir yalıtkandır. Platin, yalıtkan olmayıp iletkendir.