Deniz seviyesinde, ısıca yalıtılmış bir kaptaki suya bir miktar buz konulduğunda, su ve buzun sıcaklık - zaman grafikleri şekildeki gibi oluyor.
T
0
2t
Zaman
Buna göre,
I. 0 - t zaman aralığında buzun kütlesi azalmaktadır.
II. 1 - 2t zaman aralığında kapta buz yoktur.
yargılarından hangileri doğrudur?
A) Yalnız I
B) Yalnız II
C) Yalnız III
D) I ve II
E) II ve III
Isıca Yalıtılmış Kaptaki Su-Buz Karışımının Sıcaklık-Zaman Grafiği Analizi
ÇÖZÜM ADIMLARI:
Adım 1 — Grafiğin ve Başlangıç Koşullarının Yorumlanması
- Deniz seviyesinde (1 atm basınç altında) saf suyun donma ve buzun erime sıcaklığı 0\,^\circ\text{C}'dir.
- Grafiğe göre başlangıçta (t = 0 anında) suyun sıcaklığı T > 0\,^\circ\text{C}, buzun sıcaklığı ise tam erime noktası olan 0\,^\circ\text{C} seviyesindedir.
- Sistem ısıca yalıtılmış olduğundan, su ile buz arasında sadece kendi içlerinde bir ısı alışverişi gerçekleşir. Sıcaklığı yüksek olan su ısı verirken, 0\,^\circ\text{C}'deki buz ısı alır.
Adım 2 — 0 - t Zaman Aralığının Analizi (I. ve III. Yargılar)
- 0\,^\circ\text{C}'deki buz ısı aldığında doğrudan sıcaklığı artamaz; öncelikle hal değiştirerek erir.
- 0 - t aralığında buzun sıcaklığı 0\,^\circ\text{C}'de sabit kalırken su ısı verip soğumaktadır. Bu süreçte buz eridiği için:
- Buz kütlesi azalır (I. yargı doğrudur).
- Eriyen buz suya dönüştüğü için kaptaki toplam su kütlesi artar, sabit kalmaz (III. yargı yanlıştır).
Adım 3 — t - 2t Zaman Aralığının Analizi (II. Yargı)
- t anında buzun sıcaklığı 0\,^\circ\text{C}'nin üzerine çıkmaya başlamıştır. Buz fazında olan bir maddenin sıcaklığı 0\,^\circ\text{C}'nin üzerinde olamayacağından, bu durum buzun tamamının t anında eriyip suya dönüştüğünü gösterir.
- t - 2t aralığında kapta yalnızca su vardır; eriyen su ısınırken, başlangıçtaki sıcak su soğuyarak 2t anında ortak bir denge sıcaklığında buluşur.
- Bu nedenle t - 2t zaman aralığında kapta buz yoktur (II. yargı doğrudur).
Adım 4 — Seçenek Karşılaştırması
A. Yalnız I — II. öncül de doğru olduğu için yetersizdir.- B. Yalnız II — I. öncül de doğru olduğu için yetersizdir.
- C. Yalnız III — III. öncül yanlıştır.
D. I ve II — I ve II. yargılar doğru, III. yargı yanlıştır.- E. II ve III — III. öncül yanlış olduğu için elenir.
Adım 5 — Son Doğrulama
0\,^\circ\text{C}'deki buz ısı alarak eridiğinden 0 - t aralığında buz kütlesi azalır ve su kütlesi artar. t anından sonra sıcaklık artışı başladığı için ortamda buz kalmamıştır. Dolayısıyla I ve II. ifadeler kesinlikle doğrudur.
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
CEVAP: D) I ve II
━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
Isı-sıcaklık grafiklerinde faz değişimi ve denge sıcaklığı hesaplamalarıyla ilgili benzer bir pekiştirme sorusu çözmek ister misin?