💡 8. Sınıf Fen Bilimleri: 4. Ünite Öz Isı Yazılı Soruları Çözümlü Örnekler

Bu soruyu çözmek için öz ısı kavramını hatırlamamız gerekiyor. Öz ısı, bir maddenin 1 gramının sıcaklığını 1°C artırmak için gerekli olan ısı miktarıdır.

👉 Çözüm Adımları:

• Öz Isı ve Sıcaklık Değişimi İlişkisi: Öz ısısı küçük olan maddelerin sıcaklığı, aynı miktarda ısı verildiğinde daha fazla artar. Çünkü daha az enerjiyle sıcaklıklarını yükseltebilirler. Tam tersi, öz ısısı büyük olan maddelerin sıcaklığı daha az artar, çünkü sıcaklıklarını yükseltmek için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyarlar.
• Tablodaki Değerleri Karşılaştırma: Tablodaki öz ısı değerlerini karşılaştıralım:
  • Su: \( 4,18 \text{ J/g}^\circ\text{C} \) (En büyük)
  • Alüminyum: \( 0,90 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)
  • Demir: \( 0,45 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)
  • Kurşun: \( 0,13 \text{ J/g}^\circ\text{C} \) (En küçük)
• Sıcaklığı En Çok Artacak Madde: Öz ısısı en küçük olan madde, Kurşun'dur (\( 0,13 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)). Bu nedenle, eşit kütle ve eşit ısı verildiğinde Kurşun'un sıcaklığı en çok artacaktır.
• Sıcaklığı En Az Artacak Madde: Öz ısısı en büyük olan madde, Su'dur (\( 4,18 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)). Bu nedenle, eşit kütle ve eşit ısı verildiğinde Su'yun sıcaklığı en az artacaktır.

✅ Sonuç: Eşit kütledeki maddelere eşit miktarda ısı verildiğinde sıcaklığı en çok artacak madde Kurşun, en az artacak madde ise Su'dur.

Bu tür bir ısı miktarını hesaplamak için temel öz ısı formülünü kullanmalıyız.

💡 Hatırlatma: Isı miktarı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) formülüyle hesaplanır.

• \( Q \): Alınan veya verilen ısı miktarı (Joule)
• \( m \): Maddenin kütlesi (gram)
• \( c \): Maddenin öz ısısı (J/g°C)
• \( \Delta T \): Sıcaklık değişimi (°C)

👉 Çözüm Adımları:

1. Verilenleri Belirleyelim:
   • Kütle (\( m \)): \( 200 \text{ g} \)
   • Başlangıç sıcaklığı (\( T_{ilk} \)): \( 20^\circ\text{C} \)
   • Son sıcaklık (\( T_{son} \)): \( 70^\circ\text{C} \)
   • Demirin öz ısısı (\( c \)): \( 0,45 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)
2. Sıcaklık Değişimini (\( \Delta T \)) Hesaplayalım: \[ \Delta T = T_{son} - T_{ilk} \] \[ \Delta T = 70^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} \] \[ \Delta T = 50^\circ\text{C} \]
3. Isı Miktarını (\( Q \)) Hesaplayalım: \[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] \[ Q = 200 \text{ g} \cdot 0,45 \text{ J/g}^\circ\text{C} \cdot 50^\circ\text{C} \] \[ Q = 9000 \text{ J} \]

✅ Sonuç: Demir parçasının sıcaklığını \( 20^\circ\text{C} \)'den \( 70^\circ\text{C} \)'ye çıkarmak için \( 9000 \text{ Joule} \) ısı verilmesi gerekir.

Bu soruda, eşit kütleli maddelere eşit ısı verildiğinde sıcaklık değişimlerinin farklı olduğunu görüyoruz. Öz ısı ile sıcaklık değişimi arasındaki ilişkiyi kullanarak sıralama yapabiliriz.

💡 Hatırlatma: Öz ısısı küçük olan maddeler, aynı miktarda ısı verildiğinde sıcaklıkları daha çok artar. Öz ısısı büyük olan maddelerin sıcaklıkları ise daha az artar. Eşit ısıtma süresi, eşit ısı verildiği anlamına gelir.

👉 Çözüm Adımları:

1. Sıvıların Sıcaklık Değişimlerini (\( \Delta T \)) Hesaplayalım:
   • X sıvısı için: \( \Delta T_X = 30^\circ\text{C} - 10^\circ\text{C} = 20^\circ\text{C} \)
   • Y sıvısı için: \( \Delta T_Y = 50^\circ\text{C} - 10^\circ\text{C} = 40^\circ\text{C} \)
   • Z sıvısı için: \( \Delta T_Z = 20^\circ\text{C} - 10^\circ\text{C} = 10^\circ\text{C} \)
2. Sıcaklık Değişimlerini Karşılaştıralım: En çok sıcaklığı artan: Y sıvısı (\( 40^\circ\text{C} \))
   Ortanca sıcaklık artışı: X sıvısı (\( 20^\circ\text{C} \))
   En az sıcaklığı artan: Z sıvısı (\( 10^\circ\text{C} \))
3. Öz Isı ve Sıcaklık Değişimi İlişkisini Uygulayalım:
   • Sıcaklığı en çok artan sıvının (Y), öz ısısı en küçüktür.
   • Sıcaklığı en az artan sıvının (Z), öz ısısı en büyüktür.
4. Öz Isıları Büyükten Küçüğe Sıralayalım: Buna göre, öz ısıları büyükten küçüğe doğru sıralaması Z > X > Y şeklinde olacaktır.

✅ Sonuç: Sıvıların öz ısıları büyükten küçüğe doğru \( c_Z > c_X > c_Y \) şeklinde sıralanır.

Bu soruda bize verilen ısı miktarı, kütle ve sıcaklık değişimi var. Bizden istenen ise maddenin öz ısısını bulmak. Yine temel öz ısı formülünü kullanacağız, ancak bu kez öz ısıyı yalnız bırakarak hesaplama yapacağız.

💡 Hatırlatma: Isı miktarı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) formülüyle hesaplanır. Buradan öz ısıyı (\( c \)) çekebiliriz: \( c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

👉 Çözüm Adımları:

1. Verilenleri Belirleyelim:
   • Alınan ısı (\( Q \)): \( 2000 \text{ J} \)
   • Kütle (\( m \)): \( 50 \text{ g} \)
   • Başlangıç sıcaklığı (\( T_{ilk} \)): \( 10^\circ\text{C} \)
   • Son sıcaklık (\( T_{son} \)): \( 50^\circ\text{C} \)
2. Sıcaklık Değişimini (\( \Delta T \)) Hesaplayalım: \[ \Delta T = T_{son} - T_{ilk} \] \[ \Delta T = 50^\circ\text{C} - 10^\circ\text{C} \] \[ \Delta T = 40^\circ\text{C} \]
3. Öz Isıyı (\( c \)) Hesaplayalım: \[ c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \] \[ c = \frac{2000 \text{ J}}{50 \text{ g} \cdot 40^\circ\text{C}} \] \[ c = \frac{2000 \text{ J}}{2000 \text{ g}^\circ\text{C}} \] \[ c = 1 \text{ J/g}^\circ\text{C} \]

✅ Sonuç: Bu katı maddenin öz ısısı \( 1 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)'dir.

Bu yeni nesil soruda, sıcaklık-zaman grafiğini yorumlayarak öz ısı hakkında çıkarımlar yapmamız isteniyor. Özdeş ısıtıcılar ve eşit süre (4 dakika) ısıtma, sıvılara eşit miktarda ısı verildiği anlamına gelir.

👉 Çözüm Adımları:

1. Sıcaklık Değişimlerini (\( \Delta T \)) Hesaplayalım:
   • K sıvısı için: \( \Delta T_K = 60^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 40^\circ\text{C} \)
   • L sıvısı için: \( \Delta T_L = 80^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 60^\circ\text{C} \)
   • M sıvısı için: \( \Delta T_M = 40^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 20^\circ\text{C} \)
2. Öz Isı ve Sıcaklık Değişimi İlişkisini Değerlendirelim: Eşit kütleli ve eşit ısı alan maddelerden sıcaklığı en çok artanın öz ısısı en küçük, sıcaklığı en az artanın öz ısısı ise en büyüktür.
   • Sıcaklık değişimi en fazla olan L sıvısıdır (\( 60^\circ\text{C} \)). Bu durumda L'nin öz ısısı en küçüktür.
   • Sıcaklık değişimi en az olan M sıvısıdır (\( 20^\circ\text{C} \)). Bu durumda M'nin öz ısısı en büyüktür.
   • K sıvısının sıcaklık değişimi (\( 40^\circ\text{C} \)) ise L ve M arasındadır.
3. Seçenekleri İnceleyelim:
   • A) L sıvısının öz ısısı en küçüktür. ✅ Doğru. L sıvısının sıcaklık değişimi en fazla olduğu için öz ısısı en küçüktür.
   • B) M sıvısının öz ısısı en büyüktür. ✅ Doğru. M sıvısının sıcaklık değişimi en az olduğu için öz ısısı en büyüktür.
   • C) Eşit miktarda ısı aldıklarında sıcaklıkları en az artan K sıvısıdır. ❌ Yanlış. Eşit miktarda ısı aldıklarında sıcaklığı en az artan M sıvısıdır (\( 20^\circ\text{C} \)). K sıvısının sıcaklığı \( 40^\circ\text{C} \) artmıştır.
   • D) K, L ve M sıvıları farklı maddelerdir. ✅ Doğru. Her birinin sıcaklık değişimi farklı olduğu için öz ısıları da farklıdır. Öz ısı ayırt edici bir özellik olduğu için bu sıvılar farklı maddelerdir.

✅ Sonuç: Yanlış olan ifade C seçeneğidir.

Bu soruda yine eşit kütle ve eşit ısı (özdeş ısıtıcılar, eşit süre) koşulları altında sıcaklık değişimleri verilmiş. Öz ısı ile sıcaklık değişimi arasındaki ters orantıyı doğru bir şekilde yorumlamamız gerekiyor.

👉 Çözüm Adımları:

1. Cisimlerin Sıcaklık Değişimlerini (\( \Delta T \)) Hesaplayalım:
   • X cismi için: \( \Delta T_X = 70^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 50^\circ\text{C} \)
   • Y cismi için: \( \Delta T_Y = 50^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 30^\circ\text{C} \)
   • Z cismi için: \( \Delta T_Z = 90^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 70^\circ\text{C} \)
2. Sıcaklık Değişimlerini Karşılaştıralım: En çok sıcaklığı artan: Z cismi (\( 70^\circ\text{C} \))
   Ortanca sıcaklık artışı: X cismi (\( 50^\circ\text{C} \))
   En az sıcaklığı artan: Y cismi (\( 30^\circ\text{C} \))
3. Öz Isı ve Sıcaklık Değişimi İlişkisini Uygulayalım:
   • Sıcaklığı en çok artan sıvının (Z), öz ısısı en küçüktür.
   • Sıcaklığı en az artan sıvının (Y), öz ısısı en büyüktür.
   • X cisminin öz ısısı ise Y ve Z arasında bir değerdedir.
   Buna göre öz ısı sıralaması: \( c_Y > c_X > c_Z \)
4. Seçenekleri İnceleyelim:
   • A) X cisminin öz ısısı Y cismininkinden büyüktür. ❌ Yanlış. Y'nin sıcaklık artışı daha az olduğu için öz ısısı X'ten büyüktür. (\( c_Y > c_X \))
   • B) Z cisminin öz ısısı en büyüktür. ❌ Yanlış. Z'nin sıcaklık artışı en fazla olduğu için öz ısısı en küçüktür.
   • C) Y cisminin öz ısısı X ve Z cisimlerinin öz ısısından küçüktür. ❌ Yanlış. Y'nin sıcaklık artışı en az olduğu için öz ısısı en büyüktür.
   • D) Öz ısısı en küçük olan Z cismidir. ✅ Doğru. Z cisminin sıcaklık değişimi en fazla olduğu için öz ısısı en küçüktür.

✅ Sonuç: Doğru olan yorum D seçeneğidir.

Kalorifer sistemlerinde suyun tercih edilmesinin ardında yatan bilimsel neden, suyun öz ısı değeridir.

👉 Çözüm Adımları ve Açıklama:

1. Suyun Öz Isısı: Su, bilinen maddeler arasında oldukça yüksek bir öz ısıya sahiptir (yaklaşık \( 4,18 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)). Bu, suyun diğer birçok maddeye göre sıcaklığını 1°C artırmak için daha fazla ısı enerjisi alması gerektiği anlamına gelir.
2. Isı Depolama Kapasitesi: Yüksek öz ısı, suyun yüksek bir ısı depolama kapasitesine sahip olmasını sağlar. Yani, su az bir sıcaklık değişimiyle bile çok fazla ısı enerjisi taşıyabilir veya depolayabilir.
3. Kalorifer Sistemlerindeki Önemi:
   • Etkili Isı Taşıma: Kalorifer sistemlerinde su, kazanda ısınır ve bu ısıyı borular aracılığıyla evin veya arabanın farklı bölgelerindeki radyatörlere taşır. Suyun yüksek öz ısısı sayesinde, radyatörlere ulaştığında hala yüksek miktarda ısı enerjisi taşır ve bu ısıyı ortama etkili bir şekilde yayar.
   • Geç Soğuma: Aynı zamanda, suyun öz ısısı yüksek olduğu için, ortamda ısıyı yaydıktan sonra bile kolayca soğumaz ve uzun süre sıcak kalabilir. Bu da ısıtma sistemlerinin daha verimli çalışmasını sağlar.
   • Sıcaklık Dalgalanmalarını Azaltma: Yüksek öz ısı, sistemdeki sıcaklık dalgalanmalarını da azaltır. Su, sıcaklığını ani bir şekilde değiştirmediği için daha stabil bir ısıtma sağlar.

✅ Sonuç: Kalorifer sistemlerinde suyun tercih edilmesinin temel nedeni yüksek öz ısısıdır. Bu özellik, suyun çok fazla ısıyı depolayabilmesini ve taşıyabilmesini sağlayarak, ısıtma sistemlerinin daha verimli ve etkili çalışmasına olanak tanır.

Bu günlük hayattaki gözlem, kum ve suyun öz ısı değerleri arasındaki farkla doğrudan ilişkilidir.

👉 Çözüm Adımları ve Açıklama:

1. Kum ve Suyun Öz Isıları:
   • Suyun Öz Isısı: Su, yüksek bir öz ısıya sahiptir (yaklaşık \( 4,18 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)). Bu, suyun sıcaklığını 1°C artırmak için çok fazla ısı enerjisi alması gerektiği anlamına gelir.
   • Kumun Öz Isısı: Kumun (silika) öz ısısı suya göre çok daha düşüktür (yaklaşık \( 0,83 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)). Bu, kumun sıcaklığını 1°C artırmak için suya göre çok daha az ısı enerjisine ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.
2. Güneş Işınlarının Etkisi:
   • Güneşten gelen eşit miktardaki ısı enerjisi, kütleleri eşit varsayıldığında, öz ısısı düşük olan kumun sıcaklığını çok daha hızlı ve fazla artırır. Bu yüzden kum çabucak ısınır ve ayağımızı yakacak kadar sıcak olabilir.
   • Aynı miktarda ısı enerjisi, öz ısısı yüksek olan suyun sıcaklığını ise çok daha yavaş ve az artırır. Bu nedenle deniz suyu, güneşin altında uzun süre kalsa bile kuma göre daha serin kalır.
3. Soğuma Süreci: Aynı şekilde, akşam olduğunda güneş battığında, öz ısısı düşük olan kum çabucak ısı kaybeder ve soğur. Öz ısısı yüksek olan su ise, aldığı ısıyı daha uzun süre korur ve geç soğur. Bu yüzden akşamları deniz suyu kumsala göre daha sıcak hissedilebilir.

✅ Sonuç: Kumun çok sıcak, denizin ise serin olmasının nedeni, suyun öz ısısının kumun öz ısısından çok daha büyük olmasıdır. Su, aldığı ısıyı daha büyük bir sıcaklık değişimi olmadan depolarken, kum aynı miktarda ısıyı alarak sıcaklığını çok daha fazla yükseltir.

Bu soruda, öz ısıları farklı olan iki sıvıya eşit kütle ve eşit ısı verildiğinde sıcaklık değişimlerinin nasıl olacağını bulmamız gerekiyor. Öz ısı ve sıcaklık değişimi arasındaki ilişkiyi kullanarak çözüme ulaşabiliriz.

💡 Hatırlatma: Isı miktarı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) formülüyle hesaplanır. Eşit ısı ve eşit kütle verildiğinde, öz ısı ile sıcaklık değişimi ters orantılıdır. Yani, \( c \cdot \Delta T = \text{sabit} \)

👉 Çözüm Adımları:

1. Verilenleri Belirleyelim:
   • K sıvısı öz ısısı (\( c_K \)): \( 2 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)
   • K sıvısı sıcaklık değişimi (\( \Delta T_K \)): \( 30^\circ\text{C} \)
   • L sıvısı öz ısısı (\( c_L \)): \( 4 \text{ J/g}^\circ\text{C} \)
   • L sıvısı sıcaklık değişimi (\( \Delta T_L \)): ?
   • Kütleler eşit (\( m_K = m_L = m \)) ve verilen ısılar eşit (\( Q_K = Q_L = Q \)).
2. K sıvısı için alınan ısıyı (\( Q \)) hesaplayalım: \[ Q = m \cdot c_K \cdot \Delta T_K \] \[ Q = m \cdot 2 \text{ J/g}^\circ\text{C} \cdot 30^\circ\text{C} \] \[ Q = 60m \text{ J} \] (Burada \( m \) kütleyi temsil eder. Gerçek bir sayıya ihtiyacımız yok çünkü oranlama yapacağız.)
3. L sıvısı için aynı ısı (\( Q \)) ile sıcaklık değişimini (\( \Delta T_L \)) bulalım: \[ Q = m \cdot c_L \cdot \Delta T_L \] Yukarıdaki \( Q \) değerini yerine koyalım: \[ 60m \text{ J} = m \cdot 4 \text{ J/g}^\circ\text{C} \cdot \Delta T_L \] Her iki taraftaki \( m \) değerini sadeleştirelim: \[ 60 = 4 \cdot \Delta T_L \] Şimdi \( \Delta T_L \)'yi bulmak için 60'ı 4'e bölelim: \[ \Delta T_L = \frac{60}{4} \] \[ \Delta T_L = 15^\circ\text{C} \]

✅ Sonuç: L sıvısının sıcaklığı \( 15^\circ\text{C} \) artmıştır. (Görüldüğü gibi, öz ısısı iki kat büyük olan L sıvısının sıcaklık artışı, K sıvısının yarısı kadar olmuştur.)