Bir fizik laboratuvarında şekildeki P, R, S metal cisimlerinden P ve R birbirine temas ettirildiğinde önce P’nin iç enerjisi artıyor ve sonra değişmiyor. P ve R birbirinden ayrılarak R cismi S cismine temas ettirildiğinde önce R’nin iç enerjisi artıyor ve sonra değişmiyor. Son durumda P, R, S cisimlerinin sıcaklıkları sırasıyla T_{P}, T_{R}, T_{S} oluyor.
Cisimler hâl değiştirmediğine ve ısı alışverişi yalnız temas eden cisimlerin arasında gerçekleştiğine göre T_{P}, T_{R}, T_{S} arasındaki ilişki nedir?
A) T_{P} < T_{R} < T_{S}
B) T_{R} = T_{S} < T_{P}
C) T_{S} < T_{P} < T_{R}
D) T_{S} < T_{P} = T_{R}
E) T_{P} < T_{R} = T_{S}
Isı, Sıcaklık ve Isıl Denge Analizi
KULLANILAN FORMÜL / KURAL: Hâl değiştirmeyen cisimlerde iç enerjinin artması, cismin dışarıdan ısı aldığını ve sıcaklığının yükseldiğini gösterir. Yalıtılmış ortamda temas eden iki cisim arasında ısı akışı sıcaklığı yüksek olandan düşük olana doğru gerçekleşir ve sistem ısıl dengeye ulaştığında son sıcaklıkları birbirine eşit olur (T_{\text{denge}}).
ÇÖZÜM ADIMLARI
Adım 1 — P ile R Arasındaki Isıl Denge:
P ve R birbirine temas ettirildiğinde P’nin iç enerjisi arttığına göre, ısı akışı R’den P’ye doğru gerçekleşmiştir. Sürecin sonunda iç enerjinin değişmemesi ısıl dengeye ulaşıldığını gösterir:
T_P = T_R' = T_1
P cismi ayrıldığı için son sıcaklığı T_P = T_1 olarak kalır.
Adım 2 — R ile S Arasındaki Isıl Denge:
Sıcaklığı T_1 olan R cismi S cismine temas ettirildiğinde R’nin iç enerjisi arttığı için, R cismi S’den ısı almıştır. Dolayısıyla R’nin sıcaklığı T_1 değerinden daha büyük bir T_2 değerine yükselir. Isı alışverişi tamamlandığında R ve S ısıl dengeye ulaşır:
T_R = T_S = T_2 \quad (T_2 > T_1)
Adım 3 — Son Sıcaklıkların Karşılaştırılması:
Tüm işlemler tamamlandığında cisimlerin son sıcaklıkları:
- T_P = T_1
- T_R = T_2
- T_S = T_2
T_2 > T_1 olduğundan sıcaklıklar arasındaki ilişki:
T_P < T_R = T_S
CEVAP: E) T_P < T_R = T_S
SINAV NOTU / PÜF NOKTASI: Temas halindeki iki cismin iç enerjilerinin değişmeyi bırakması, ikisinin ortak bir denge sıcaklığına (T_R = T_S) ulaştığını gösterir. İkinci etkileşimde R ısı aldığı için denge sıcaklığı mutlaka P’nin ilk denge sıcaklığından (T_P) daha büyük olur.