📄 9. Sınıf Fizik: Isı, iç enerji, öz ısı, ısı sığası ve denge Çalışma Kağıdı

💡 Çözüm Adımları:

Metal parçasının öz ısısını belirlemek için kalorimetre kabı yöntemi kullanılabilir.



Gerekli Malzemeler:

\(m_m\) kütleli metal parçası, \(m_s\) kütleli ve \(c_s\) öz ısılı su, kalorimetre kabı, termometre, ısıtıcı (bek veya ocak).



Adımlar:

1. Metal parçasının kütlesi \(m_m\) ölçülür. Metal parçası bilinen yüksek bir sıcaklığa (örneğin, kaynar su içinde ısıtılarak \(100^{\circ}\text{C}\)'ye) getirilir. Bu, metalin başlangıç sıcaklığı \(T_{mb}\) olur.

2. Kalorimetre kabına bilinen kütlede \(m_s\) su konulur ve suyun başlangıç sıcaklığı \(T_{sb}\) termometre ile ölçülür. Suyun öz ısısı \(c_s\) bilinen bir değerdir (yaklaşık \(4.186\ \text{J/g}^{\circ}\text{C}\)).

3. Isıtılmış metal parçası hızla kalorimetre kabındaki suya atılır ve kabın kapağı kapatılır.

4. Termometre ile karışımın sıcaklığı sürekli izlenir. Sistem ısıl dengeye ulaştığında (sıcaklık değişimi durduğunda), denge sıcaklığı \(T_{denge}\) kaydedilir.

5. Isı alışverişi prensibine göre, metalin verdiği ısı suyun aldığı ısıya eşittir (kalorimetre kabının ısı sığası ihmal edilirse):

\(Q_{verilen} = Q_{al\i
an}\)

\(m_m \cdot c_m \cdot (T_{mb} - T_{denge}) = m_s \cdot c_s \cdot (T_{denge} - T_{sb})\)

6. Bu denklemden metalin öz ısısı \(c_m\) çekilerek hesaplanır:

\(c_m = \frac{m_s \cdot c_s \cdot (T_{denge} - T_{sb})}{m_m \cdot (T_{mb} - T_{denge})}\)

💡 Çözüm Adımları:

Verilenler:

Kütle (\(m\)) = \(200\ \text{g}\)

İlk sıcaklık (\(T_1\)) = \(20^{\circ}\text{C}\)

Son sıcaklık (\(T_2\)) = \(70^{\circ}\text{C}\)

Öz ısı (\(c_{demir}\)) = \(0.45\ \text{J/g}^{\circ}\text{C}\)



İstenen:

Alınan ısı enerjisi (\(Q\))



Çözüm:

Isı enerjisi hesaplama formülü: \(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\)



Öncelikle sıcaklık değişimini (\(\Delta T\)) bulalım:

\(\Delta T = T_2 - T_1 = 70^{\circ}\text{C} - 20^{\circ}\text{C} = 50^{\circ}\text{C}\)



Şimdi formülde yerine koyarak ısı enerjisini hesaplayalım:

\(Q = 200\ \text{g} \cdot 0.45\ \text{J/g}^{\circ}\text{C} \cdot 50^{\circ}\text{C}\)

\(Q = (200 \cdot 0.45 \cdot 50)\ \text{J}\)

\(Q = (90 \cdot 50)\ \text{J}\)

\(Q = 4500\ \text{J}\)



Sonuç:

Demir parçasının sıcaklığını \(20^{\circ}\text{C}\)'den \(70^{\circ}\text{C}\)'ye çıkarmak için \(4500\ \text{J}\) (veya \(4.5\ \text{kJ}\)) ısı enerjisi gerekir.

💡 Çözüm Adımları:

Isı alışverişi, sıcaklıkları farklı olan iki veya daha fazla madde bir araya getirildiğinde gerçekleşen bir enerji transferidir. Bu transfer, daima sıcaklığı yüksek olan maddeden, sıcaklığı düşük olan maddeye doğru kendiliğinden gerçekleşir.



Süreç şu şekilde işler:

1. Sıcaklık Farkı: Maddeler arasında bir sıcaklık farkı olduğunda, moleküllerin ortalama kinetik enerjileri farklıdır. Sıcak maddedeki moleküller daha hızlı hareket ederken, soğuk maddedeki moleküller daha yavaş hareket eder.

2. Enerji Transferi: Sıcak ve soğuk maddeler temas ettiğinde veya etkileşime girdiğinde, sıcak maddedeki yüksek enerjili moleküller, soğuk maddedeki düşük enerjili moleküllerle çarpışarak enerjilerini aktarır. Bu çarpışmalar sonucunda, sıcak maddenin molekülleri enerji kaybederken (ortalama kinetik enerjileri azalır, yani sıcaklığı düşer), soğuk maddenin molekülleri enerji kazanır (ortalama kinetik enerjileri artar, yani sıcaklığı yükselir).

3. Termal Dengeye Ulaşma: Bu ısı transferi, iki maddenin sıcaklıkları eşitleninceye kadar devam eder. Sıcaklıklar eşitlendiğinde, moleküler düzeyde enerji alışverişi hala devam etse de, bir yöne doğru net bir enerji transferi olmaz. Bu duruma 'termal denge' denir ve bu noktadan sonra maddelerin sıcaklıkları sabit kalır.