Fizik Eğitiminde Yeni Nesil Yaklaşım

Etkileşimli içerikler, animasyonlar ve deneylerle fizik öğrenmek artık daha kolay!

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

Soru 1

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

Soru 2

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

Soru 3

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.

Soru 3
  • 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.
Soru 4

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.

Soru 4
  • 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).
Soru 5

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?

Soru 5
  • 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.
Soru 6

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

Soru 7

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

Soru 8

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?

Soru 8

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