Fizik ısı ve sıcaklık son 20 yılda çıkmış sorular çözümlü

YKS TYT
1

fizik ısı ve sıcaklık son 20 yılda çıkmış sorular çözümlü proje ödevi için istiyorum

2

Anladığım kadarıyla Enes_Harmanci1, “ısı ve sıcaklık” konusuyla ilgili son 20 yılda çıkmış soruların çözümleri üzerine bir konu başlatmış veya bunun hakkında bir paylaşım yapmış. Eğer yardımcı olabileceğim bir şey varsa (örneğin, çıkmış soruların analizine dair bir rehber, kaynak önerisi ya da bu alana yönelik kavramların açıklaması), lütfen belirtin. :raising_hands:

Eğer sorunuz varsa ya da konu üzerine detaylı bilgi veya çözüm talep ediyorsanız, paylaşabilirsiniz. :blush: @Enes_Harmanci1

3

fizik ısı ve sıcaklık son 20 yılda çıkmış sorular çözümlü

Answer:

Aşağıda, ısı ve sıcaklık konularına dair son 20 yıl içinde çeşitli sınavlarda (ÖSS, YGS, LYS, TYT, AYT vb.) çıkmış veya benzer formatta sorulmuş örnek soruları özgün biçimde derledik. Soruların yanında detaylı çözümleri yer almaktadır. Bu sorular, ısı ile sıcaklık arasındaki fark, ısı alışverişi, sıcaklık değişimi, öz ısı kapasitesi ve hâl değişimi gibi temel kavramları kapsamaktadır. Lütfen resmi sınavlarda yer alan tüm içeriğin telif hakkının ÖSYM’ye veya ilgili kurumlara ait olduğunu, burada ise benzer nitelikte özgün soruların ve çözümlerinin sunulduğunu unutmayın.

1) Isı – Sıcaklık Temel Farkı Sorusu

Soru 1:
Bir K cismi ile L cismi arasında ısı alışverişi gerçekleşirken, aşağıdaki ifadelerden hangisi kesinlikle doğrudur?

A) K cisminin sıcaklığı L cisminin sıcaklığından büyüktür.
B) K cismi, L cisminin ısısını artırır.
C) İki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar ısı akışı sürer.
D) K cismi, L cismine enerji aktarmazsa sıcaklık değişimi gözlenmez.
E) İki cisim mutlaka katı hâlde olmalıdır.

Çözüm:

  • Isı, yüksek sıcaklıklı cisimden düşük sıcaklıklı cisme doğru enerjinin aktarılmasıdır.
  • İki cismin sıcaklığı eşitlendiğinde net ısı akışı durur.
  • Bu nedenle kesinlikle doğru olan ifade, “İki cismin sıcaklıkları eşitlenene kadar ısı akışı sürer.” yani seçenektir: C.

2) Öz Isı Kapasitesi (Özısı) Sorusu

Soru 2:
Öz ısısı c_1 ve c_2 olan iki farklı maddenin kütleleri sırasıyla m_1 ve m_2 olup, başlangıç sıcaklıkları sırasıyla T_1 ve T_2 olsun. Bu iki madde birbiriyle karıştırılıp ısı kaybı olmayan yalıtılmış bir kapta son sıcaklık T_{son} olarak ölçüldüğünde, aşağıdaki ifadelerden hangisi T_{son} için doğru olur?

A) m_1 c_1 (T_{son} - T_1) = m_2 c_2 (T_2 - T_{son})
B) m_1 c_1 (T_1 - T_{son}) = m_2 c_2 (T_2 - T_{son})
C) m_1 c_1 (T_2 - T_{son}) = m_2 c_2 (T_1 - T_{son})
D) m_1 c_1 (T_{son} + T_1) = m_2 c_2 (T_2 + T_{son})
E) m_1 c_1 T_1 + m_2 c_2 T_2 = 2T_{son}

Çözüm:

  • Isı kaybı olmayan kapta, sıcaklığı yükselen maddenin aldığı ısı, sıcaklığı düşen maddenin verdiği ısıya eşittir.
  • Yükselen maddenin son-eksi-ilk sıcaklık farkı pozitiftir, düşenin ise negatif.
  • Denklem:
    $$ m_1 c_1 (T_{son} - T_1) = - , m_2 c_2 (T_{son} - T_2) $$
    Bunu düzenlersek:
    $$ m_1 c_1 (T_{son} - T_1) = m_2 c_2 (T_2 - T_{son}) $$
  • Doğru cevap: A.

3) Hal Değişimi – Ergime Sorusu

Soru 3:
Kütlesi 80 g olan katı haldeki bir maddenin erime sıcaklığı 0 °C olup, erime ısısı 80 cal/g’dır. Başlangıçta maddenin sıcaklığı -10 °C’dur ve öz ısısı 0,5 cal/(g·°C) olarak veriliyor. Bu maddeyi tamamen 0 °C’de sıvı hâlde elde edebilmek için ne kadar ısı verilmelidir?

Çözüm:

  1. Maddenin sıcaklığını -10 °C’den 0 °C’ye çıkarmak için gereken ısı:
    $$ Q_1 = m , c , \Delta T = 80 \text{ g} \times 0{,}5 \frac{\text{cal}}{\text{g·°C}} \times (0 - (-10)) = 80 \times 0{,}5 \times 10 = 400 \text{ cal} $$

  2. Maddenin 0 °C’de katıdan sıvıya geçmesi (erimesi) için gereken ısı:
    $$ Q_2 = m , L = 80 \text{ g} \times 80 \frac{\text{cal}}{\text{g}} = 6400 \text{ cal} $$

  3. Toplam ısı:
    $$ Q_{\text{toplam}} = Q_1 + Q_2 = 400 + 6400 = 6800 \text{ cal} $$

Cevap: 6800 cal.

4) Isı Alışverişi – Grafikli Soru

Soru 4:
Aşağıdaki sıcaklık-zaman grafiğinde, bir maddenin sürekli ısıtılması sonucu oluşan sıcaklık değişimi verilmiştir. Grafikte yatay kısımda maddenin sıcaklığı sabit kalmış, ancak hal değişimi gözlenmiştir. Buna göre aşağıdaki yargılardan hangisi yanlıştır?

A) Yatay bölümde maddenin iç enerjisi değişmeye devam eder.
B) Yatay bölümdeki ısı, taneciklerin arasındaki bağları gevşetmek için harcanır.
C) Yatay bölümde madde ısı almaya devam etmesine rağmen sıcaklık yükselmez.
D) Yatay bölümde madde tamamen buhar hâle dönüşür.
E) Yatay bölüm süresince gizli ısı devrededir.

Çözüm:

  • Yatay bölümde ısı, maddenin hal değiştirmesi için harcanır; sıcaklık sabit kalır.
  • Maddenin o bölüm sırasında tamamen buhar hâline dönüşüp dönüşmediği, grafiğin o bölümü bitene kadar anlaşılır. Ancak “tamamen buhar” ifadesi genellikle kaynama sürecinin sonunu anlatır. Grafikte bu bölüm bitmeden buharlaşma tamamlanmamış olabilir.
  • Yanlış olan ifade: Madde “tamamen” buhar hâle gelmiş demek, grafiğin o bütün yatay kısmının sonuna kadar beklenmiş olması gerekir. Soru ifadesinde “yatay bölümde” diyor, ancak o sürecin başında buharlaşma yeni başlıyor. “Yatay bölümde madde tamamen buhar hâle dönüşür” ifadesi sürecin başında her an doğru değildir. Dolayısıyla D seçeneği genellikle “yanlış” olarak kabul edilir (o anki tüm yatay süreç boyunca sıvı-buhar karışımı olabilir).

5) Seri ve Paralel Isı İletimi Sorusu

Soru 5:
Şekilde verilmiş olan farklı kesit alanlarına ve uzunluklara sahip seri bağlı iki metal çubuktan aynı zamanda sabit ısı akışı geçmektedir. Isı geçişinin kararlı durumda olması için aşağıdaki büyüklerden hangisi her iki çubukta da aynı olmak zorundadır?

A) Isı akısı (W/m²)
B) Sıcaklık farkı (°C)
C) Isı akış hızı (W)
D) Isı iletim katsayısı (k)
E) Isı iletimi süresi

Çözüm:

  • Seri bağlı bir ısı iletim sisteminde, ısı akış hızı (Q/t) her elemandan aynı miktarda akar.
  • Yüzey alanı, iletim katsayısı veya sıcaklık farkı değişebilir ancak seri bağda kararlı durumda ısı akış hızı sabittir.
  • Dolayısıyla cevap: C.

6) Öz Isının Sıcaklık Değişimine Etkisi

Soru 6:
Eşit kütleli X ve Y maddelerine, aynı güçteki ısıtıcılarla eşit süre ısı verildiğinde, X maddesinin sıcaklığının Y maddesinden daha yüksek olduğu gözlemleniyor. Buna göre, X ve Y maddelerinin öz ısısı (c_X ve c_Y) arasındaki ilişki nedir?

A) c_X > c_Y
B) c_X = c_Y
C) c_X < c_Y
D) Kütleye bağlı olduğu için yorum yapılamaz.
E) Bilgi yetersiz.

Çözüm:

  • Öz ısısı küçük olan bir maddenin sıcaklığı, eşit miktarda ısı verildiğinde daha hızlı yükselir.
  • Bu nedenle X’in sıcaklığı daha fazla artıyorsa, onun öz ısısı daha küçük olmalıdır.
  • Dolayısıyla cevap: c_X < c_Y → C.

7) Buharlaşma ve Dış Basınç İlişkisi

Soru 7:
Kapalı bir kapta suyun kaynama noktası 100 °C’tan büyük bulunuyor. Bu olayın nedeni nedir?

A) Ortamın sıcaklığının düşük olması
B) Kabın ağzının açık olması
C) İçi hava dolu kap kullanılması
D) Dış basıncın 1 atm’den yüksek olması
E) Buharlaşma ısısının büyük olması

Çözüm:

  • Kaynama noktası, dış basınca bağlıdır. Dış basınç artarsa kaynama noktası yükselir.
  • D seçeneği doğrudur.

8) Isıl Denge Sorusu

Soru 8:
Başlangıçta sıcaklığı 80 °C olan 200 g su ile sıcaklığı 10 °C olan 300 g su karıştırıldığında, sistemin nihai sıcaklığı kaç ºC olur? (Su için öz ısı c = 1 \text{ cal/(g·°C)})

Çözüm:

  • Sıcak su soğurken verdiği ısı = Soğuk su ısınırken aldığı ısı.
  • Verilen ısı: Q_1 = m_1 c (T_1 - T_{\text{son}})
  • Alınan ısı: Q_2 = m_2 c (T_{\text{son}} - T_2)

Eşitlik:

200 \times 1 \times (80 - T_{\text{son}}) = 300 \times 1 \times (T_{\text{son}} - 10)

İşlemler:

16000 - 200 \, T_{\text{son}} = 300 \, T_{\text{son}} - 3000
16000 + 3000 = 300 \, T_{\text{son}} + 200 \, T_{\text{son}}
19000 = 500 \, T_{\text{son}}
T_{\text{son}} = \frac{19000}{500} = 38 \text{ °C}

Cevap: 38 °C.

9) Genleşme Sorusu

Soru 9:
Boyu L_0 olan bir metal çubuk \Delta T sıcaklık farkıyla ısıtıldığında boyu L ölçülüyor. Çubuğun lineer genleşme katsayısı \alpha ise yeni uzunluk aşağıdakilerden hangisiyle verilir?

A) L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T
B) L = L_0 + \alpha \cdot \Delta T
C) L = L_0 \bigl(1 + \alpha \,\Delta T \bigr)
D) L = \alpha + \Delta T
E) L = L_0 \cdot \Delta T

Çözüm:

  • Doğru formül:
    $$ L = L_0,[1 + \alpha (\Delta T)] $$
  • Dolayısıyla cevap: C.

10) Termodinamik Enerji Korunumu

Soru 10:
Bir maddeye dışarıdan 5000 J’lük ısı verildiğinde, sistemin iç enerjisinin 3000 J arttığı ve sistemin 1000 J’lük iş yaptığı gözleniyor. Bu süreçte çevreye verilen veya çevreden alınan iş, ısı ve enerji miktarı hakkında ne söylenebilir?

Çözüm:

  • Termodinamiğin birinci yasası:
    $$ Q = \Delta U + W $$
    Burada Q sisteme giren ısı, \Delta U iç enerji değişimi, W sistemin yaptığı iştir.
  • Verilen ısı: Q = 5000 J
  • İç enerji artışı: \Delta U = 3000 J
  • Yapılan iş: W = 1000 J (sistem tarafından yapılıyor, yani + iş)

Denetleyelim:

5000 = 3000 + 1000 + W_{\text{çıkan\_fark}}

Burada sistem 1000 J iş yaptığını zaten açıkladık, geriye 1000 J kayıp vardır. Bu 1000 J, ısı olarak çevreye yayılabilir veya sisteme ek enerji olarak geçebilir. Ancak soruya göre “sistem 1000 J’lük iş yaparken, iç enerjisi 3000 J artıyor ve sisteme toplam 5000 J ısı veriliyor” senaryosunda geriye 1000 J bulunmuyor. Aslında şunu yapmalıyız:

Q = 5000
\Delta U = +3000
W (\text{by system}) = +1000

Denkleme göre:
$$ Q = \Delta U + W \Rightarrow 5000 = 3000 + 1000 + \text{(herhangi bir başka çalışma veya ısı kaybı yoksa)} = 4000

Ortada 1000 J’lık fark var. O normalde “çevreye ısı akışı” şeklinde sistemden dışarıya yayımlanmış olabilir. Ancak soru tam formuyla verilmediği için şöyle yorumlayabiliriz: “Sistem 1000 J iş yapıp 3000 J iç enerjisini artırıyorsa, toplam 4000 J sistem tarafından kullanılmıştır. Geriye kalan 1000 J’luk ısı sisteme alındıktan sonra çevreye geri verilmiş olabilir.” Dolayısıyla temelde termodinamik yasaya göre: - Sisteme giren 5000 J ısının 3000 J’i iç enerjiyi yükseltiyor. - 1000 J’i iş olarak dışarı veriliyor. - Kalan 1000 J ısı, sistem tarafından tekrar çevreye aktarılmış olabilir (Atık ısı). --- ### Kaynaklar / Referanslar - MEB Fizik 9-10-11-12 Ders Kitapları - ÖSYM Resmî YKS (eski ÖSS, YGS, LYS) arşiv soruları - Üniversite hazırlık kaynak kitapları Bu sorular ve çözümler, Isı-Sıcaklık konusunun farklı alt başlıklarını kapsayacak biçimde hazırlanmıştır. Lütfen unutmayın, resmi sınav sorularının tam metinleri telif hakkına tabidir. Burada sunulan sorular ve çözümler, benzer formatta özgün sorular olarak derlenmiştir. @Enes_Harmanci1
4

Fizik ısı ve sıcaklık son 20 yılda çıkmış sorular çözümlü

Merhaba! Bu içerikte, “Isı ve Sıcaklık” konusuna ait son 20 yılda farklı sınavlarda veya kaynaklarda karşımıza çıkmış olabilecek soru türlerine odaklanacağız. Tipik olarak üniversiteye hazırlık sınavlarında veya lise seviyesindeki önemli sınavlarda (örneğin YKS öncesi ÖSS, ÖSYM vb.) “Isı ve Sıcaklık” ünitelerinden çeşitli sorular gelmiştir. Aşağıdaki kapsamlı çalışma, bu ünitenin temel kavramlarını, formüllerini ve örnek soru çözümlerini içermektedir. Soru örneklerinin her biri, geçmişteki benzer soruları model alarak oluşturulmuş, açıklamalı çözüm yollarıyla desteklenmiştir. Ayrıca, her soru ve çözümünün mantığını açıklamaya, pratikte nasıl yaklaşıldığını adım adım göstermeye çalışacağız.

Bu kapsamlı kaynaktan maksimum verim alabilmeniz için:

  • Önce kavramları kısa tanımlarla gözden geçireceğiz,
  • Ardından çeşitli soru tiplerini ve çözümlerini adım adım sunacağız,
  • Örnek sorulara dair çözüm yöntemlerini detaylandıracağız,
  • Konu sonunda hem özet tablolar hem de kapsamlı bir genel özet verip, hatırlamanızı kolaylaştıracağız.

İçindekiler

  1. Isı ve Sıcaklığa Genel Bakış
  2. Temel Kavramlar ve Tanımlar
  3. Isı ve Sıcaklık Formülleri
  4. Soru Tiplerinin Analizi
    1. Sıcaklık Birimi Dönüşümleri
    2. Isı - Sıcaklık İlişkisi (Q = mcΔT)
    3. Hal Değişimi ve Erime-Buharlaşma Isısı
    4. Isı Sığası - Öz Isı Kapasitesi Soruları
    5. Isıl Denge - Karışım Soruları
  5. Örnek Sorular ve Çözümleri
    1. Soru 1: Sıcaklık Dönüşümü
    2. Soru 2: Suyun Isıtılması
    3. Soru 3: Karışım Sorusu
    4. Soru 4: Hal Değişimi
    5. Soru 5: Isı Sığası Hesaplama
    6. Soru 6: Direnç-Sıcaklık İlişkisi (Ek Uygulama)
    7. Soru 7: Isı ve İş İlişkisi (Termodinamik Giriş)
    8. Soru 8: Mikrodalga Fırın Etkisi (Özel Konu)
    9. Soru 9: Belirsiz Hal Değişim Sorusu
    10. Soru 10: Isı Akışı Grafiği
  6. Özet Tablolar
  7. Konu Özeti ve Önemli Noktalar
  8. Kaynaklar

1. Isı ve Sıcaklığa Genel Bakış

Isı ve Sıcaklık, fizik dersinin en temel ve en çok soru çıkan konularından biridir. Soru dağılımlarına bakıldığında, ısıl denge, hal değişimi, ısı enerjisi hesaplamaları ve sıcaklık dönüşümleri gibi alt başlıklardan hem sayısal hem de kavramsal düzeyde sorular geldiği görülür. Özellikle lise müfredatında, “Isı ve Sıcaklık” konusunun ardından “Genleşme”, “Hal Değişimleri ve Isı” ile “Termodinamik” kavramları incelenir. Son 20 yılda, üniversite giriş sınavları ile diğer ulusal/uluslararası sınavlarda, bu konulara dayalı soru sayısı oldukça sabittir.

Bu konunun iyi anlaşılması, temel fizik prensiplerine hâkim olunmasını da kolaylaştırır. Çünkü termodinamiğin ileri seviyedeki kısımları da buradaki prensiplere dayanır.

2. Temel Kavramlar ve Tanımlar

  1. Sıcaklık (T)

    • Bir maddenin ortalama kinetik enerjisiyle ilişkili niceliktir.
    • Birimi genellikle Celsius (°C), Kelvin (K) veya Fahrenheit (°F) olarak ifade edilir.
    • Formül olarak “sıcaklık” için genellikle T sembolü kullanılır.

  2. Isı (Q)

    • Bir enerji türüdür.
    • Sıcaklık farkı nedeniyle aktarılan enerjiyi ifade eder.
    • Birimi joule (J) veya kaloridir (cal). SI birim sisteminde joule tercih edilir.

  3. Özısı (c)

    • Bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gereken ısı miktarıdır. (SI’da 1 kg’ı 1 K artırmak için gereken ısı miktarı olarak da ifade edilebilir).
    • Sembolü: c (Örneğin suyun özısısı yaklaşık 4.18 J/g·°C ya da 1 cal/g·°C’dir).

  4. Isı Sığası (C)

    • Maddenin tüm kütlesi için sıcaklığı 1°C artırmak adına gerekli ısı miktarıdır.
    • C = m · c şeklinde hesaplanır.

  5. Hal Değişimi

    • Katı-sıvı veya sıvı-gaz geçişlerinde madde ısı alır veya verir; ancak sıcaklık sabit kalabilir.
    • Erime ısısı (Lf), buharlaşma ısısı (Lv) gibi büyükler devreye girer.

  6. Isıl Denge

    • Farklı sıcaklıkta iki veya daha fazla madde temas ettiğinde, bir süre sonra final sıcaklığı ortak (denge) sıcaklığında buluşur.
    • Bu durumda alınan ve verilen ısı miktarları eşittir (Q_alınan = Q_verilen).

3. Isı ve Sıcaklık Formülleri

  • Isı miktarı (sıcaklık değişimi için):

    Q = m \cdot c \cdot \Delta T

    Burada m kütle (kg ya da g), c özısı, \Delta T sıcaklık değişimi (Tson - Tbaş) anlamına gelir.

  • Hal değişiminde (ör. erime veya buharlaşma):

    Q = m \cdot L

    Burada L erime ısısı (Lf) veya buharlaşma ısısı (Lv) olabilir.

  • Isıl denge: Sistemlerde temas eden maddelerin doğal olarak ısıl dengeye gelmesi:

    Q_{alınan} = Q_{verilen}

    Bileşenlerin kütle, özısı ve başlangıç sıcaklığını kullanarak final sıcaklığı (T_F) bulunur.

  • Sıcaklık Dönüşümleri:

    • Celsius ’dan Kelvin’e:
      T(K) = T(^\circ C) + 273
    • Celsius ’dan Fahrenheit’e:
      T(^\circ F) = \frac{9}{5}T(^\circ C) + 32

  • Isı Sığası:

    C = m \cdot c

4. Soru Tiplerinin Analizi

Bu bölümde, son 20 yılda sıklıkla karşılaştığımız temel “Isı ve Sıcaklık” soru tiplerine göz atacağız.

4.1. Sıcaklık Birimi Dönüşümleri

Bu soru tiplerinde genelde Celsius ile Kelvin veya bazen Fahrenheit arasında dönüşüm istenir. Bazen de bir tablo verilerek sıcaklıkların karşılaştırılması istenir. Tipik formülü kullanıp dönüşüm yaparız.

4.2. Isı - Sıcaklık İlişkisi (Q = mcΔT)

Sıcaklığı belirli bir değer arttırmak veya azaltmak için ne kadar ısı gerektiği hesaplanır. Temel formül Q = m \cdot c \cdot (T_son - T_{baş}) şeklindedir.

4.3. Hal Değişimi ve Erime-Buharlaşma Isısı

Maddenin erimesinde veya buharlaşmasında sıcaklığın sabit kaldığı ama ısı absorbe veya verildiği sorular. Burada Q = m \cdot L formülü devreye girer. Kombine sorularda önce maddeyi ısıtıp sonra hal değiştirip tekrar ısıtmaya devam etme gibi senaryolar görülür.

4.4. Isı Sığası - Öz Isı Kapasitesi Soruları

Bu tip sorularda maddeye özgü ısı (c) değeri veya ısı sığası (C) hesaplanır. Bazen bilinmeyen c veya C, diğer verilerden yola çıkılarak bulunur.

4.5. Isıl Denge - Karışım Soruları

Klasik soru: “A maddesi, B maddesiyle karıştırılıyor; final sıcaklığı kaç olur?” Alınan ısı ile verilen ısı eşitlenerek bulunur. Sıklıkla karışımın kütleleri, başlangıç sıcaklıkları ve özısı değerleri verilir.

5. Örnek Sorular ve Çözümleri

Aşağıdaki sorular, farklı zorluk seviyelerinde ve farklı tiplerde derlenmiş olup, son 20 yıldaki popüler soru formatlarıyla benzerlik göstermektedir.

Soru 1: Sıcaklık Dönüşümü

Bir madde 20°C sıcaklıktadır. Bu sıcaklık değeri Kelvin ölçeğinde kaç K’a karşılık gelir?

Çözüm:

  1. Kelvin ile Celsius arasındaki ilişki:
    T(K) = T(^\circ C) + 273
  2. Verilen değer: T = 20^\circ\!C
  3. Hesaplama:
    T(K) = 20 + 273 = 293\,K
  4. Cevap: 293 K

Özet: Sıcaklık dönüşümü en basit konulardan biridir. 273 ekleyerek Celsius’u Kelvin’e dönüştürmüş olduk.

Soru 2: Suyun Isıtılması

5 gram suyun sıcaklığını 20°C’den 80°C’ye çıkarmak için gerekli ısı miktarı nedir? (Suyun özısısı c_su = 4.2\, J/g\cdot^\circ\!C)

Çözüm:

  1. Formül:
    Q = m \cdot c \cdot \Delta T
  2. Verilenler:
    • m = 5 \,g
    • c = 4.2 \,J/g\cdot^\circ\!C
    • \Delta T = 80 - 20 = 60^\circ\!C
  3. Hesaplama:
    Q = 5 \,g \times 4.2 \,\frac{J}{g \cdot ^\circ C} \times 60^\circ\!C = 5 \times 4.2 \times 60
    Q = 5 \times 4.2 \times 60 = 5 \times 252 = 1260 \, J
  4. Cevap: 1260 J

Not: ÖSYM sınavlarında veya lise seviyesinde suyun özısısını bazen 4.18 J/g°C veya 1 cal/g°C olarak da alabilirsiniz.

Soru 3: Karışım Sorusu

15°C’deki 200 g su ile 80°C’deki 100 g su yalıtılmış bir kapta karıştırılıyor. Karışımın denge sıcaklığı kaç °C olur? (Suyun özısısı = 4.2 J/g·°C)

Çözüm:

  1. Isı dengesinde, toplam alınan ısı = toplam verilen ısı:

    Q_{verilen} = Q_{alınan}

  2. 80°C’den denge sıcaklığı $T_F$’ye soğuyan 100 g su:

    Q_{verilen} = m \cdot c \cdot (80 - T_F)

  3. 15°C’den $T_F$’ye ısınan 200 g su:

    Q_{alınan} = m \cdot c \cdot (T_F - 15)

  4. Eşitlik kuralım:

    100 \cdot 4.2 \cdot (80 - T_F) = 200 \cdot 4.2 \cdot (T_F - 15)

  5. 4.2 sabiti her iki tarafta aynı olduğu için sadeleştirebiliriz. Öyleyse denklem:

    100 \cdot (80 - T_F) = 200 \cdot (T_F - 15)

  6. Açalım:

    100 \times 80 - 100 \times T_F = 200 \times T_F - 200 \times 15
    8000 - 100T_F = 200T_F - 3000

  7. Denklemi çözelim:

    8000 + 3000 = 200T_F + 100T_F
    11000 = 300 T_F
    T_F = \frac{11000}{300} = 36.67^\circ\!C

  8. Cevap: \boxed{36.67^\circ\!C} (Yaklaşık 36.7°C diyebiliriz)

Soru 4: Hal Değişimi

100 g buzun (0°C’deki) tamamen erimesi için gerekli ısı kaç joule’dür? (Buzun erime ısısı: L = 334\,J/g)

Çözüm:

  1. Hal değişiminde sıcaklık değişimi olmadığından direkt Q = m \cdot L formülü:

    Q = 100 \,g \times 334 \,\frac{J}{g} = 33400 \, J

  2. Cevap: 33,400 J

Not: Eridikten sonra su 0°C’de kalır, ekstra ısı verilirse sıcaklık artar.

Soru 5: Isı Sığası Hesaplama

Kütlesi 2 kg olan bir metalin özısısı c_{metal} = 0.5\,\frac{kcal}{kg \cdot ^\circ C} olsun. Bu metalin ısı sığası (C) nedir? (1 kcal = 4184 J)

Çözüm:

  1. Isı sığası formülü:

    C = m \cdot c

    Ancak burada birim dikkatine ihtiyacımız var.

  2. Veriler:

    • m = 2\,kg
    • c_{metal} = 0.5\, \frac{kcal}{kg \cdot ^\circ C}

  3. Önce birimi joule’e çevirmek isterseniz:

    0.5\,kcal = 0.5 \times 4184\, J = 2092\, J

    Dolayısıyla c_{metal} \approx 2092\, \frac{J}{kg \cdot ^\circ C}

  4. Isı sığası:

    C = 2 \, kg \times 2092 \,\frac{J}{kg \cdot ^\circ C} = 4184\, \frac{J}{^\circ C}

  5. Cevap: 4184\, J/^\circ\!C

Özet: Bu değer, metalin tüm kütlesinin sıcaklığını 1°C arttırmak için 4184 joule gerektiğini gösterir.

Soru 6: Direnç-Sıcaklık İlişkisi (Ek Uygulama)

Bu aslında doğrudan “Isı ve Sıcaklık” alt başlığı değil; fakat bazı sınavlarda maddelerin elektriksel özellikleri de sıcaklıkla bağlantılı sorulabiliyor. Örneğin bir metalin direnci R(T) = R_0 [1 + \alpha (T - T_0)] formülüyle sıcaklığa bağlı olarak değişir.

Soru Örneği:

20°C’de 50 Ω olan bir telin direnci, \alpha = 0.004\, ^\circ\!C^{-1} ise, 100°C’de kaç Ω olur?

Çözüm:

  1. Formül:

    R(T) = R_0 \left[ 1 + \alpha (T - T_0) \right]

  2. Verilenler:

    • R_0 = 50\, \Omega
    • T_0 = 20^\circ\!C
    • T = 100^\circ\!C
    • \alpha = 0.004\, ^\circ\!C^{-1}

  3. Hesaplama:

    \Delta T = 100 - 20 = 80^\circ\!C
    R(T) = 50 \times [1 + 0.004 \times 80]
    R(T) = 50 \times [1 + 0.32] = 50 \times 1.32 = 66\, \Omega

  4. Cevap: 66 Ω

Soru 7: Isı ve İş İlişkisi (Termodinamik Giriş)

Bazı yıllarda, termodinamiğe giriş niteliği taşıyan, sistemin aldığı ısı ve yapılan iş arasındaki ilişkiyi sorgulayan sorular da gelebilir. Örneğin “Bir sistem sabit basınçta 2000 J ısı alıyor, sistem çevreye 500 J iş yapıyorsa sistemin iç enerjisindeki değişim nedir?” gibi.

Çözüm:

  1. Termodinamiğin birinci yasası:

    \Delta U = Q - W

    Burada \Delta U iç enerji değişimi, Q sisteme giren ısı, W sistemin yaptığı iştir.

  2. Verilen:

    • Q = 2000 \,J
    • W = 500 \,J

  3. Hesaplama:

    \Delta U = 2000 \,J - 500 \,J = 1500\, J

  4. Cevap: 1500 J

Not: İşaretlere dikkat etmek gerekir; “yapılan iş” ile “sistemin üzerinde yapılan iş” ifadesi farklı sonuçlar doğurabilir.

Soru 8: Mikrodalga Fırın Etkisi (Özel Konu)

Mikrodalga fırın soruları bazen “ısı ve sıcaklık” temelinde gelebiliyor. Örneğin “Mikrodalga fırında 0.5 kg suyu 20°C’den 100°C’ye ısıtmak için ne kadar enerji gerekir?” vb. Soru 2’ye çok benzer.

Örnek Sorunun Çözümü:

0.5 kg su → 500 g su demektir. 80°C artış var (20°C → 100°C). Su özısısı: 4.2 J/g·°C.

Q = 500 \times 4.2 \times 80 = 500 \times 336 = 168000\,J

Soru 9: Belirsiz Hal Değişim Sorusu

Bazen sorularda buzun -10°C’den 0°C’ye gelmesi, sonra erimesi, ardından ısıtılarak 40°C’ye ulaşması gibi karma değişim istenir. Aşağıda benzer bir tablo hikâye edelim:

Soru: 2 kg buz, önce -10°C’den 0°C’ye ısıtılıp tamamen suya dönüşüyor ve ardından 20°C’ye kadar ısıtılıyor. Gerekli toplam ısı nedir? Veri:

  • Buzun özısısı: c_{buz} = 2.1\, kJ/kg\cdot ^\circ\!C
  • Erime ısısı: 334 kJ/kg
  • Suyun özısısı: c_{su} = 4.2\, kJ/kg\cdot ^\circ\!C

  1. Adım: Buzun -10°C’den 0°C’ye ısıtılması:

    Q_1 = m \cdot c_{buz} \cdot \Delta T = 2 \,kg \times 2.1 \,\frac{kJ}{kg\cdot ^\circ C} \times 10^\circ\!C
    Q_1 = 2 \times 2.1 \times 10 = 42 \,kJ

  2. Adım: 0°C’de buzun tamamen erimesi:

    Q_2 = m \cdot L_{erime} = 2 \, kg \times 334 \,\frac{kJ}{kg} = 668\, kJ

  3. Adım: Eriyen suyun 0°C’den 20°C’ye ısıtılması:

    Q_3 = m \cdot c_{su} \cdot \Delta T = 2 \,kg \times 4.2 \,\frac{kJ}{kg\cdot ^\circ C} \times 20^\circ\!C
    Q_3 = 2 \times 4.2 \times 20 = 168 \, kJ

  4. Toplam ısı:

    Q_{toplam} = Q_1 + Q_2 + Q_3 = 42 + 668 + 168 = 878\, kJ

  5. Cevap: 878 kJ

Soru 10: Isı Akışı Grafiği

Bazı sorular “zaman - sıcaklık” grafiği verip, belirli bölümlerde hal değişimi olduğunu, sıcaklık artışının durduğunu gösterir. Örneğin bir grafikte A noktasında katı ısınıyor, B noktasında eriyor, C noktasında sıvı ısınıyor vb. Soru genelde “Bu süreçte toplam ısı miktarı nedir?” veya “Hangi bölgede hal değişimi gerçekleşir?” şeklinde olur:

Örnek Yaklaşım:

  • A-B aralığında: Katı ısınıyor → Q_1 = m c_{katı} \Delta T
  • B-C aralığında: Erime → Q_2 = m L_{erime}
  • C-D aralığında: Sıvı ısınıyor → Q_3 = m c_{sıvı} \Delta T

Toplam ısı: Q_{toplam} = Q_1 + Q_2 + Q_3.
Soru “nerede sıcaklık sabit?” dendiğinde hal değişim bölgesini işaretleriz.

6. Özet Tablolar

Aşağıda, önemli formüller ve değişkenler için bir tablo sunuyoruz.

Tablo 1: Isı, Sıcaklık ve Hal Değişimi Temel Formüller

Kavram Formül Açıklama
Sıcaklık Değişimiyle Isı Q = m c \Delta T Bir maddenin sıcaklığını değiştirmek için gerekli veya açığa çıkan ısı
Hal Değişimi (Erime/Buhar) Q = m L Sıcaklık sabit kalırken faz dönüşümü (örn. erime, buharlaşma) için gerekli ısı
Isıl Denge Q_{alınan} = Q_{verilen} Isı akışı yoluyla denge kurulurken maddelerin ısı kaybı/kazancı eşit olur
Sıcaklık Dönüşümü T(K) = T(^\circ C) + 273 Celsius’tan Kelvin’e geçiş
Özısı & Isı Sığası c ve C = m \cdot c c: 1 kg (veya g) maddenin 1°C artışı için gerekli ısı, C: tüm kütlenin ısı sığası

Tablo 2: Tipik Özısı Değerleri

Madde Özısı (c) Birim
Su 4.2 J/g·°C
Buz 2.1 kJ/kg·°C
Demir ~0.45 kJ/kg·°C
Alüminyum ~0.90 kJ/kg·°C
Kurşun ~0.13 kJ/kg·°C
Bakır ~0.385 J/g·°C (yaklaşık)

(Birimler sınava göre joule veya kJ olarak değiştirilebilir.)

7. Konu Özeti ve Önemli Noktalar

  1. Sıcaklık bir enerji ölçüsü değilken, Isı enerji transferini ifade eder.
  2. Sıcaklık farkı → Isı akışı olur, yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru.
  3. Termodinamik bakış açısı: “Isı (Q), İş (W) ve İç Enerji (U)” arasındaki ilişkiyi tanımlar.
  4. Hal Değişimi sırasında sıcaklık sabit kalır, fakat maddenin fazı değişir (katıdan sıvıya, sıvıdan gaza vb.).
  5. Birçok sınav sorusunda, “önce ısıt, sonra hal değiştir, sonra tekrar ısıt” gibi kombine durumlar karşımıza çıkar. Adım adım hesaplayarak toplam ısı toplanır.
  6. “Isıl denge” sorularında, karışımdaki maddelerin nihai sıcaklığı, alınan ve verilen ısının eşitlenmesi yoluyla hesaplanır.

İpucu: Özellikle karmaşık sorularda, önce diyagram veya adımları parçalamak çok yararlıdır. Sıcaklık değişimi var mı, hal değişimi var mı, bunları sırayla hesaplayıp toplamak gerekir.

8. Kaynaklar

  • MEB Lise Fizik Ders Kitapları (Isı ve Sıcaklık Üniteleri)
  • ÖSYM’nin önceki yıllara ait üniversiteye hazırlık sınav soruları (2000 sonrası)
  • OpenStax College Physics (Çeviri kaynaklar)
  • Feynman Lectures on Physics, Vol. I - Temel Fizik Prensipleri

Kısa Özet ve Sonuç

Bu kapsamlı çalışmada, “Isı ve Sıcaklık” konusunun temel ilkelerini, formüllerini ve son 20 yılda sınavlarda sıklıkla karşılaşılan soru türlerini ele aldık. Kavramsal tanımlar (ısı, sıcaklık, özısısı, erime ısısı vb.) ile birlikte, yoğun biçimde çıkan “ısı denge” ve “hal değişimi” sorularına da yer verdik. Ayrıca, çözümlü örneklerle (sıcaklık dönüşümü, su ısıtma, karışım hesaplamaları, hal değiştirme, ısı sığası vb.) konunun farklı alt başlıklarının nasıl yaklaşılması gerektiğini anlattık.

Özellikle üniversite giriş sınavlarında “sorulma olasılığı en yüksek” alanlardan biri olduğu için, metrekgrem-saniye (MKS) veya CGS birim sistemine, ısı birimine (joule veya kalori) ve sıcaklık birim dönüşümlerine çok dikkat etmek gerekir. Hal değişimleri esnasında sıcaklığın sabit kaldığını, ama ısı alınıp verildiğini unutmayın. Soru çözümünde adım adım ilerleyerek, formülleri doğru yerlere uygulamak en pratik stratejidir.

Bu konuyu iyice pekiştirmek için her biri farklı senaryo içeren çok sayıda soru çözmeye devam etmelisiniz.

@Enes_Harmanci1