🎓 9. Sınıf
📚 9. Sınıf Fizik
💡 9. Sınıf Fizik: Enerji sıcaklık Çözümlü Örnekler
9. Sınıf Fizik: Enerji sıcaklık Çözümlü Örnekler
Örnek 1:
Bir demir çubuğun sıcaklığı 20°C'den 70°C'ye çıkarıldığında, çubuğun iç enerjisindeki değişim ne kadar olur? (Demir için öz ısı \( c = 450 \, \text{J/kg°C} \), kütlesi \( m = 2 \, \text{kg} \) olarak verilmiştir.) 💡
Çözüm:
İç enerjideki değişimi hesaplamak için aşağıdaki adımları izleyelim:
- Adım 1: Verilenleri belirleyelim.
Sıcaklık değişimi \( \Delta T = 70^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 50^\circ\text{C} \)
Kütle \( m = 2 \, \text{kg} \)
Öz ısı \( c = 450 \, \text{J/kg°C} \) - Adım 2: İç enerjideki değişimi hesaplayan formülü hatırlayalım.
Isı değişimi \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) - Adım 3: Değerleri formülde yerine koyalım.
\( Q = 2 \, \text{kg} \cdot 450 \, \text{J/kg°C} \cdot 50^\circ\text{C} \) - Adım 4: Hesaplamayı yapalım.
\( Q = 45000 \, \text{J} \)
Örnek 2:
500 gram suyun sıcaklığını 10°C artırmak için kaç kalori ısı enerjisi gerekir? (Suyun öz ısısı 1 kalori/gram°C'dir.) 🌡️
Çözüm:
Suyun sıcaklığını artırmak için gereken ısıyı hesaplayalım:
- Adım 1: Verilenleri not edelim.
Kütle \( m = 500 \, \text{gram} \)
Sıcaklık değişimi \( \Delta T = 10^\circ\text{C} \)
Öz ısı \( c = 1 \, \text{kalori/gram°C} \) - Adım 2: Isı enerjisi formülünü kullanalım.
\( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) - Adım 3: Değerleri formüle yerleştirelim.
\( Q = 500 \, \text{gram} \cdot 1 \, \text{kalori/gram°C} \cdot 10^\circ\text{C} \) - Adım 4: Sonucu hesaplayalım.
\( Q = 5000 \, \text{kalori} \)
Örnek 3:
Bir miktar buzun sıcaklığı -10°C'dir. Bu buza 5400 J ısı verildiğinde, buzun son sıcaklığı kaç °C olur? (Buzun öz ısısı \( c_{buz} = 2100 \, \text{J/kg°C} \) ve kütlesi \( m = 0.5 \, \text{kg} \) olarak verilmiştir.) 🧊
Çözüm:
Buzun son sıcaklığını bulmak için verilen ısıyı kullanarak sıcaklık değişimini hesaplayalım:
- Adım 1: Verilen bilgileri listeleyelim.
Başlangıç sıcaklığı \( T_i = -10^\circ\text{C} \)
Verilen ısı \( Q = 5400 \, \text{J} \)
Kütle \( m = 0.5 \, \text{kg} \)
Öz ısı \( c_{buz} = 2100 \, \text{J/kg°C} \) - Adım 2: Sıcaklık değişimini veren formülü kullanalım.
\( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)
Buradan \( \Delta T = \frac{Q}{m \cdot c} \) - Adım 3: Sıcaklık değişimini hesaplayalım.
\( \Delta T = \frac{5400 \, \text{J}}{0.5 \, \text{kg} \cdot 2100 \, \text{J/kg°C}} \) - Adım 4: Hesaplamayı tamamlayalım.
\( \Delta T = \frac{5400}{1050} \, ^\circ\text{C} \approx 5.14^\circ\text{C} \) - Adım 5: Son sıcaklığı bulalım.
\( T_f = T_i + \Delta T \)
\( T_f = -10^\circ\text{C} + 5.14^\circ\text{C} = -4.86^\circ\text{C} \)
Örnek 4:
Bir öğrenci, evdeki bir tencerede bulunan 1 litre suyu ısıtmak için elektrikli ocağı kullanıyor. Suyun ilk sıcaklığı 20°C iken, ocak 5 dakika boyunca çalıştığında suyun sıcaklığı 60°C'ye ulaşıyor. Eğer ocağın gücü sabit ise ve suyun tamamı ısındıysa, bu süreçte suya aktarılan ısı enerjisi yaklaşık olarak kaç Joule'dur? (Suyun yoğunluğu yaklaşık 1 kg/L, öz ısısı \( c = 4200 \, \text{J/kg°C} \) olarak alınabilir.) ⚡
Çözüm:
Bu soruda, suya aktarılan ısı enerjisini hesaplamamız gerekiyor:
- Adım 1: Suyun kütlesini bulalım.
1 litre suyun yoğunluğu yaklaşık 1 kg/L olduğundan, \( m = 1 \, \text{kg} \). - Adım 2: Sıcaklık değişimini hesaplayalım.
\( \Delta T = 60^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 40^\circ\text{C} \) - Adım 3: Verilen ısıyı hesaplamak için formülü kullanalım.
\( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) - Adım 4: Değerleri yerine koyarak hesaplamayı yapalım.
\( Q = 1 \, \text{kg} \cdot 4200 \, \text{J/kg°C} \cdot 40^\circ\text{C} \) - Adım 5: Sonucu bulalım.
\( Q = 168000 \, \text{J} \)
Örnek 5:
Kış aylarında arabaların motorlarının daha kolay çalışması için antifriz kullanılır. Antifrizin buharlaşma noktasını yükseltmesi ve donma noktasını düşürmesi, aracın motorunun aşırı ısınmasını veya donmasını engellemeye yardımcı olur. Bu durum, maddenin hal değişim sıcaklıklarının dış etkenlere (örneğin çözünen madde miktarı) bağlı olarak nasıl değişebileceğinin bir örneğidir. 🚗
Çözüm:
Bu günlük hayat örneği, maddenin sıcaklık ve iç enerji kavramlarıyla doğrudan ilişkilidir:
- Isınma ve Soğuma: Motorun çalışması sırasında açığa çıkan ısı, motor parçalarını ve içindeki sıvıyı ısıtır. Antifriz, bu sıvının sıcaklığının belirli bir aralıkta kalmasını sağlar.
- Hal Değişimi: Suyun donma noktası 0°C'dir. Antifriz eklendiğinde, suyun donma noktası düşer. Bu, soğuk havalarda motor suyunun donmasını engeller. Benzer şekilde, buharlaşma noktası yükselerek aşırı ısınmayı önler.
- İç Enerji: Bir maddenin iç enerjisi, moleküllerinin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Sıcaklık arttıkça moleküllerin kinetik enerjisi artar ve dolayısıyla iç enerji de yükselir. Antifriz, bu iç enerji değişiminin kontrol altında tutulmasına yardımcı olur.
Örnek 6:
2 kg'lık bir alüminyum bloğun sıcaklığı 20°C'den 80°C'ye çıkarılıyor. Bu işlem için ne kadar ısı enerjisi gerekir? (Alüminyumun öz ısısı \( c = 900 \, \text{J/kg°C} \).) ⚙️
Çözüm:
Alüminyum bloğun sıcaklığını artırmak için gereken ısıyı hesaplayalım:
- Adım 1: Verilen değerleri belirleyelim.
Kütle \( m = 2 \, \text{kg} \)
Sıcaklık değişimi \( \Delta T = 80^\circ\text{C} - 20^\circ\text{C} = 60^\circ\text{C} \)
Öz ısı \( c = 900 \, \text{J/kg°C} \) - Adım 2: Isı enerjisi formülünü kullanalım.
\( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \) - Adım 3: Değerleri formüle yerleştirelim.
\( Q = 2 \, \text{kg} \cdot 900 \, \text{J/kg°C} \cdot 60^\circ\text{C} \) - Adım 4: Hesaplamayı yapalım.
\( Q = 108000 \, \text{J} \)
Örnek 7:
Bir ısıca yalıtılmış kapta bulunan 3 kg'lık suyun sıcaklığı 25°C'dir. Bu suya, sıcaklığı 85°C olan 2 kg'lık bir demir parçası konuluyor. Son denge sıcaklığı kaç °C olur? (Suyun öz ısısı \( c_{su} = 4200 \, \text{J/kg°C} \), demirin öz ısısı \( c_{demir} = 450 \, \text{J/kg°C} \).) ⚖️
Çözüm:
Isı alışverişi sonucunda denge sıcaklığını bulmak için ısı kazancı ve ısı kaybının eşitliğini kullanacağız:
- Adım 1: Verilenleri ve bilinmeyenleri tanımlayalım.
Suyun kütlesi \( m_{su} = 3 \, \text{kg} \), \( c_{su} = 4200 \, \text{J/kg°C} \), \( T_{su,i} = 25^\circ\text{C} \)
Demirin kütlesi \( m_{demir} = 2 \, \text{kg} \), \( c_{demir} = 450 \, \text{J/kg°C} \), \( T_{demir,i} = 85^\circ\text{C} \)
Denge sıcaklığı \( T_f = ? \) - Adım 2: Isı alışverişi prensibini kuralım.
Isı alan maddenin aldığı ısı = Isı veren maddenin verdiği ısı
\( Q_{su} = -Q_{demir} \) - Adım 3: Formülleri yazalım.
\( m_{su} \cdot c_{su} \cdot (T_f - T_{su,i}) = -m_{demir} \cdot c_{demir} \cdot (T_f - T_{demir,i}) \) - Adım 4: Değerleri yerine koyarak denklemi kuralım.
\( 3 \cdot 4200 \cdot (T_f - 25) = -2 \cdot 450 \cdot (T_f - 85) \) - Adım 5: Denklemi çözelim.
\( 12600 \cdot (T_f - 25) = -900 \cdot (T_f - 85) \)
\( 12600 T_f - 315000 = -900 T_f + 76500 \)
\( 12600 T_f + 900 T_f = 76500 + 315000 \)
\( 13500 T_f = 391500 \)
\( T_f = \frac{391500}{13500} \)
\( T_f \approx 29.0^\circ\text{C} \)
Örnek 8:
Bir fırının içinde ekmek pişerken, fırının içindeki hava ve ekmek ısınıyor. Fırının ısıtıcıları, havaya ısı enerjisi aktararak havanın sıcaklığını artırıyor. Bu sıcak hava da ekmeğe ısı enerjisi transfer ederek ekmeğin pişmesini sağlıyor. Bu süreç, ısı transferinin temel prensiplerini (konveksiyon ve iletim) gösterir. 🍞
Çözüm:
Bu fırın örneği, ısı enerjisi ve sıcaklık arasındaki ilişkiyi günlük hayatta anlamamızı sağlar:
- Isı Kaynağı: Fırının ısıtıcıları, elektrik enerjisini ısı enerjisine dönüştürerek birincil ısı kaynağını oluşturur.
- Isı Transferi: Isıtıcılardan yayılan ısı, fırının içindeki havaya konveksiyon yoluyla yayılır (sıcak hava yükselir, soğuk hava alçalır). Fırının iç yüzeylerinden ve ısıtıcılarından ekmeğe ısı, iletim yoluyla geçer.
- Sıcaklık Artışı: Isı enerjisi aktarıldıkça hem havanın hem de ekmeğin moleküllerinin kinetik enerjisi artar, bu da sıcaklıklarının yükselmesine neden olur.
- Pişirme Süreci: Ekmek, belirli bir sıcaklıkta ve sürede ısıya maruz kaldığında kimyasal ve fiziksel değişimler geçirerek pişer.
Örnek 9:
Bir metal çaydanlığın tabanı 500 gram su ile doldurulmuştur. Suyun ilk sıcaklığı 20°C'dir. Çaydanlık ocağa konulduğunda, ocak 1000 Joule ısı enerjisi aktarıyor ve bu enerjinin %80'i suya geçiyor. Suyun son sıcaklığı kaç °C olur? (Suyun öz ısısı \( c = 4200 \, \text{J/kg°C} \).) ☕
Çözüm:
Bu soruda, suya geçen ısı miktarını hesaplayıp son sıcaklığı bulacağız:
- Adım 1: Çaydanlığa aktarılan toplam ısıyı belirleyelim.
Toplam ısı \( Q_{toplam} = 1000 \, \text{J} \) - Adım 2: Suya geçen ısı miktarını hesaplayalım.
Suyun aldığı ısı \( Q_{su} = Q_{toplam} \times \text{Verimlilik} \)
\( Q_{su} = 1000 \, \text{J} \times 0.80 = 800 \, \text{J} \) - Adım 3: Suyun kütlesini kilograma çevirelim.
\( m_{su} = 500 \, \text{gram} = 0.5 \, \text{kg} \) - Adım 4: Sıcaklık değişimini hesaplayan formülü kullanalım.
\( Q_{su} = m_{su} \cdot c_{su} \cdot \Delta T \)
\( \Delta T = \frac{Q_{su}}{m_{su} \cdot c_{su}} \) - Adım 5: Sıcaklık değişimini hesaplayalım.
\( \Delta T = \frac{800 \, \text{J}}{0.5 \, \text{kg} \cdot 4200 \, \text{J/kg°C}} \)
\( \Delta T = \frac{800}{2100} \, ^\circ\text{C} \approx 0.38^\circ\text{C} \) - Adım 6: Suyun son sıcaklığını bulalım.
\( T_f = T_i + \Delta T \)
\( T_f = 20^\circ\text{C} + 0.38^\circ\text{C} = 20.38^\circ\text{C} \)
Daha Fazla Soru ve İçerik İçin QR Kodu Okutun
https://www.eokultv.com/atolye/9-sinif-fizik-enerji-sicaklik/sorular