9. SINIF YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI - FİZ.9.4.3
Öğrenme Çıktısı: FİZ.9.4.3. Hâl değiştirme sıcaklığında bulunan saf bir maddenin hâl değiştirmesi için alınan veya verilen ısı miktarının bağlı olduğu değişkenler hakkında bilimsel çıkarım yapabilme
Katı haldeki 200 g kütleli alüminyumun tamamen erimesi için gerekli ısı miktarı 80 joule olduğuna göre, alüminyumun erime ısısı kaç kJ/kg'dır?
Q = m · Le formülü kullanılır.
80 J = 0,2 kg · Le
Le = 80 / 0,2 = 400 J/kg = 0,4 kJ/kg
Erime ısısı 270 kJ/kg olan katı bir maddeye 810 kJ ısı verildiğinde katı maddenin 3/4'ü eridiğine göre, tamamını eritmek için kaç kJ daha enerjiye ihtiyaç vardır?
Q = m · Le formülü kullanılır.
810 kJ = m · 270 kJ/kg → m(eriyen) = 810 / 270 = 3 kg
Eriyen kısım toplam kütlenin 3/4'ü ise: 3 kg = (3/4) · M → M = 4 kg (toplam kütle)
Tamamını eritmek için gereken toplam ısı: Qtoplam = 4 kg · 270 kJ/kg = 1080 kJ
Kalan ısı ihtiyacı = 1080 - 810 = 270 kJ
Buz pateni yapan bir sporcunun buz pateninin altındaki basıncı artırdığında buzun erime noktası nasıl değişir ve bu durum sporcunun kaymasını nasıl kolaylaştırır? Cevabınızı, basıncın erime noktasına etkisini belirterek açıklayınız.
- Basınç arttığında, buzun erime noktası düşer (su bu konuda özeldir, çoğu madde için basınç erime noktasını artırır).
- Patenin ağırlığı ve keskin kenarı, buz yüzeyine uygulanan basıncı çok artırır. Bu artan basınç, buzun sıcaklığı 0°C'nin altında olsa bile yüzeydeki ince buz tabakasının erimesine neden olur.
- Oluşan ince su tabakası, patenle buz arasında sürtünmeyi azaltarak sporcunun daha rahat kaymasını sağlar.
- Sporcu geçtikten sonra basınç kalkar ve su tekrar donar.
Deniz seviyesinde su 100°C'de kaynar. Bir dağcı 4000 m yükseklikte suyu ısıttığında suyun daha düşük sıcaklıkta kaynadığını gözlemler. Bu durumun nedeni nedir? Basınç ile kaynama noktası arasındaki ilişkiyi kullanarak açıklayınız.
- Yükseklik arttıkça atmosfer basıncı azalır.
- Sıvının kaynama noktası, dış basınç ile doğru orantılıdır: Basınç düşerse kaynama noktası düşer.
- Bu nedenle 4000 m yükseklikte su, deniz seviyesindeki 100°C'den daha düşük bir sıcaklıkta (örneğin 86-87°C civarında) kaynamaya başlar.
- Bu durum yemek pişirmeyi zorlaştırır çünkü su daha düşük sıcaklıkta kaynadığı için yemekler geç pişer (düdüklü tencere bu sorunu çözmek için basıncı artırır).
Kuru buz (katı CO₂) normal atmosfer basıncında ısıtılmadan süblimleşerek gaz hâle geçer. Basınç artırıldığında ise katı CO₂'nin süblimleşme sıcaklığının yükseldiği gözlenir. Bu duruma göre, basıncın artması süblimleşme olayını nasıl etkiler? Hangisi daha düşük basınçta daha kolay süblimleşir: yüksek basınç altındaki katı CO₂ mi, yoksa düşük basınç altındaki mi? Neden?
- Kuru buz (katı CO₂) için basınç arttıkça süblimleşme sıcaklığı yükselir.
- Düşük basınç altında süblimleşme daha kolay ve daha düşük sıcaklıkta gerçekleşir.
- Bu nedenle: Düşük basınç altındaki katı CO₂ daha kolay süblimleşir.
- Örneğin, normal atmosfer basıncında -78°C'de süblimleşen kuru buz, basınç artırıldığında daha yüksek sıcaklıklarda bile katı kalabilir. Hatta yeterince yüksek basınçta (5,1 atm üzeri) önce sıvı hale geçer, sonra kaynar.
- Günlük hayatta kuru buzun açık ortamda (düşük basınç) hızla süblimleşmesi bu yüzdendir.
Kütlesi 200 g olan -10°C'deki katı bir maddenin erime sıcaklığı 130°C'dir. Bu maddeyi tamamen eritmek için verilmesi gereken ısı kaç kaloridir?
(c = 24 cal/g·°C ve Le = 120 cal/g)
1. Aşama: Katı maddeyi erime sıcaklığına (130°C) getirmek için gereken ısı:
ΔT = 130 - (-10) = 140°C
Q1 = m·c·ΔT = 200 × 24 × 140 = 672.000 cal
2. Aşama: Maddeyi eritmek için gereken ısı (erime sıcaklığında):
Q2 = m·Le = 200 × 120 = 24.000 cal
Toplam ısı: Qtoplam = Q1 + Q2 = 672.000 + 24.000 = 696.000 cal
Kaynama sıcaklığındaki 500 g suyu tamamen buhar hâline getirmek için verilmesi gereken ısı, erime sıcaklığındaki kaç kg buzu tamamen eritebilir?
(Buzun erime ısısı: Le = 334 kJ/kg ve Suyun buharlaşma ısısı: Lb = 2260 kJ/kg)
500 g suyu buharlaştırmak için gereken ısı:
Q = msu · Lb = 0,5 kg × 2260 kJ/kg = 1130 kJ
Bu ısının eritebileceği buz kütlesi:
Q = mbuz · Le → 1130 = mbuz × 334
mbuz = 1130 / 334 = ≈ 3,38 kg
Aynı laboratuvarda masa üzerindeki özdeş kaplarda bulunan katı hâldeki 2m kütleli X ve m kütleli Y maddeleri, özdeş ısıtıcılarla ısıtılıyor ve şekildeki sıcaklık-zaman grafiği elde ediliyor. (X maddesi 3t sürede, Y maddesi 2t sürede erimekte)
Buna göre, X ve Y maddelerinin erime ısıları oranı LX/LY kaçtır?
Isıtıcılar özdeş olduğu için t sürede Q kadar ısı aktarılır.
X maddesi için: 3t sürede 3Q ısı alır. QX = 2m · LX = 3Q → LX = 3Q/(2m)
Y maddesi için: 2t sürede 2Q ısı alır. QY = m · LY = 2Q → LY = 2Q/m
Oran: LX/LY = [3Q/(2m)] / [2Q/m] = (3Q/(2m)) × (m/(2Q)) = 3/4