💡 9. Sınıf Fizik: Sıcaklık değişimi ve hal değişimi için gerekli ısı miktarını hesaplama Çözümlü Örnekler

Bu soruyu çözmek için sıcaklık değişimi için gerekli ısı miktarını hesaplayan formülü kullanacağız.

• Formül: Gerekli ısı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 2 kg
• Öz ısı (\( c \)) = \( 460 \, J/kg^\circ C \)
• Başlangıç sıcaklığı (\( T_1 \)) = 20°C
• Son sıcaklık (\( T_2 \)) = 70°C
• Sıcaklık Değişimi (\( \Delta T \)): \( \Delta T = T_2 - T_1 = 70^\circ C - 20^\circ C = 50^\circ C \)
• Hesaplama:
• \( Q = 2 \, kg \cdot 460 \, J/kg^\circ C \cdot 50^\circ C \)
• \( Q = 46000 \, J \)

Sonuç olarak, 2 kg demirin sıcaklığını 20°C'den 70°C'ye çıkarmak için 46000 Joule ısı enerjisi gerekir. 💡

Bu problemde, sıcaklık değişimi için gerekli ısıyı kalori cinsinden hesaplayacağız.

• Formül: Gerekli ısı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 500 gram
• Öz ısı (\( c \)) = \( 1 \, kal/g^\circ C \)
• Sıcaklık değişimi (\( \Delta T \)) = 10°C
• Hesaplama:
• \( Q = 500 \, g \cdot 1 \, kal/g^\circ C \cdot 10^\circ C \)
• \( Q = 5000 \, kal \)

Bu nedenle, 500 gram suyun sıcaklığını 10°C artırmak için 5000 kalori ısıya ihtiyaç vardır. ✅

Antifrizin suyun donma noktasını düşürmesi, temel olarak sıcaklık değişimi ile ilgilidir, ancak dolaylı olarak hal değişimini de etkiler.

• Sıcaklık Değişimi: Antifriz, suyun molekülleri arasına girerek su moleküllerinin birbirine daha sıkı bağlanmasını zorlaştırır. Bu durum, suyun donması için daha düşük bir sıcaklığa ihtiyaç duyulmasına neden olur. Yani, suyun sıcaklığının düşmesi gerekir.
• Hal Değişimi: Suyun donması, bir hal değişimidir (sıvıdan katıya geçiş). Antifriz, bu hal değişiminin gerçekleşeceği sıcaklığı düşürerek olayı geciktirir. Eğer sıcaklık antifrizli suyun donma noktasına kadar düşerse, o zaman hal değişimi (donma) gerçekleşir.

Özetle, antifrizin temel etkisi suyun donma noktasını düşürerek aynı sıcaklık aralığında suyun sıvı halde kalmasını sağlamasıdır. Bu, sıcaklık değişiminin etkilediği bir durumdur. 🚗❄️

Bu soruda, hal değişimi (erime) için gerekli ısı miktarını ve kütleyi kullanarak erime ısısını hesaplayacağız.

• Formül: Hal değişimi için gerekli ısı \( Q = m \cdot L \) burada \( L \) erime (veya donma) ısısıdır.
• Verilenler:
• Uygulanan ısı (\( Q \)) = 33400 J
• Buz kütlesi (\( m \)) = 100 g
• Hesaplama:
• Formülü \( L \) için yeniden düzenlersek: \( L = \frac{Q}{m} \)
• \( L = \frac{33400 \, J}{100 \, g} \)
• \( L = 334 \, J/g \)

Öğrencinin hesapladığı buzun erime ısısı 334 J/g'dır. 🧊💧

Bu soruda, suyun sıcaklığını artırmak için gereken ısıyı kalori cinsinden hesaplayacağız.

• Formül: Gerekli ısı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 200 gram
• Öz ısı (\( c \)) = \( 1 \, kal/g^\circ C \)
• Başlangıç sıcaklığı (\( T_1 \)) = 20°C
• Son sıcaklık (\( T_2 \)) = 50°C
• Sıcaklık Değişimi (\( \Delta T \)): \( \Delta T = T_2 - T_1 = 50^\circ C - 20^\circ C = 30^\circ C \)
• Hesaplama:
• \( Q = 200 \, g \cdot 1 \, kal/g^\circ C \cdot 30^\circ C \)
• \( Q = 6000 \, kal \)

Sonuç olarak, 200 gram suyun sıcaklığını 20°C'den 50°C'ye çıkarmak için 6000 kalori ısı enerjisi gerekir. 🌡️

Bu problem, iki aşamalı bir hesaplama gerektirir: önce buzun erimesi, ardından oluşan suyun ısıtılması.

• Aşama 1: Buzun Erimesi
• Formül: Erime için gerekli ısı \( Q_1 = m \cdot L_{buz} \)
• Verilenler:
• Buz kütlesi (\( m \)) = 50 g = 0.05 kg
• Buzun erime ısısı (\( L_{buz} \)) = \( 334000 \, J/kg \)
• Hesaplama:
• \( Q_1 = 0.05 \, kg \cdot 334000 \, J/kg \)
• \( Q_1 = 16700 \, J \)
• Aşama 2: Oluşan Suyun Isıtılması
• Formül: Isıtma için gerekli ısı \( Q_2 = m \cdot c_{su} \cdot \Delta T \)
• Verilenler:
• Su kütlesi (\( m \)) = 0.05 kg (eriyen buzun kütlesi kadar)
• Suyun öz ısısı (\( c_{su} \)) = \( 4200 \, J/kg^\circ C \)
• Başlangıç sıcaklığı (erime sıcaklığı) = 0°C
• Son sıcaklık (\( T_2 \)) = 20°C
• Sıcaklık Değişimi (\( \Delta T \)): \( \Delta T = 20^\circ C - 0^\circ C = 20^\circ C \)
• Hesaplama:
• \( Q_2 = 0.05 \, kg \cdot 4200 \, J/kg^\circ C \cdot 20^\circ C \)
• \( Q_2 = 4200 \, J \)
• Toplam Isı:
• Toplam ısı \( Q_{toplam} = Q_1 + Q_2 \)
• \( Q_{toplam} = 16700 \, J + 4200 \, J \)
• \( Q_{toplam} = 20900 \, J \)

Bu nedenle, 50 gram buzun tamamını eritmek ve oluşan suyun sıcaklığını 20°C'ye çıkarmak için toplam 20900 Joule ısı gerekir. 🔥

Suyun kaynama noktasına ulaştıktan sonra sıcaklığının artmamasının temel nedeni, verilen ısının artık sıcaklık değişimine değil, hal değişimine (sıvıdan gaza geçiş, yani buharlaşma) harcanmasıdır.

• Fiziksel Prensip: Bu durum, hal değişimi için gerekli ısı kavramıyla açıklanır.
• Açıklama:
• Su, kaynama noktasına (100°C, standart basınçta) ulaştığında, eklenen ısı enerjisi suyun moleküllerinin arasındaki bağları koparmak ve onları gaz haline (su buharı) geçirmek için kullanılır.
• Bu enerji, suyun sıcaklığını yükseltmek yerine, maddenin halini değiştirmek için harcanır. Bu enerjiye buharlaşma ısısı denir.
• Tenceredeki suyun tamamı buharlaşana kadar sıcaklık 100°C'de sabit kalır. Tüm su buharlaştıktan sonra, eğer ısı vermeye devam edilirse, su buharının sıcaklığı artmaya başlar. ♨️💧💨

Yani, kaynama sırasında verilen ısı, sıcaklık artışı sağlamaz, maddenin halini değiştirir.

Bu soruda, alüminyumun sıcaklığını artırmak için gereken ısıyı Joule cinsinden hesaplayacağız.

• Formül: Gerekli ısı \( Q = m \cdot c \cdot \Delta T \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 3 kg
• Öz ısı (\( c \)) = \( 900 \, J/kg^\circ C \)
• Sıcaklık değişimi (\( \Delta T \)) = 10°C
• Hesaplama:
• \( Q = 3 \, kg \cdot 900 \, J/kg^\circ C \cdot 10^\circ C \)
• \( Q = 27000 \, J \)

Sonuç olarak, 3 kg alüminyumun sıcaklığını 10°C artırmak için 27000 Joule ısı enerjisi gerekir. ⚡

Bu problem, üç aşamalı bir hesaplama gerektirir: buzun ısıtılması, buzun erimesi ve oluşan suyun ısıtılması.

• Aşama 1: Buzun Isıtılması ( -5°C'den 0°C'ye)
• Formül: \( Q_1 = m \cdot c_{buz} \cdot \Delta T_1 \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 200 g = 0.2 kg
• Buzun öz ısısı (\( c_{buz} \)) = \( 2100 \, J/kg^\circ C \)
• Sıcaklık değişimi (\( \Delta T_1 \)) = 0°C - (-5°C) = 5°C
• Hesaplama:
• \( Q_1 = 0.2 \, kg \cdot 2100 \, J/kg^\circ C \cdot 5^\circ C \)
• \( Q_1 = 2100 \, J \)
• Aşama 2: Buzun Erimesi (0°C'de)
• Formül: \( Q_2 = m \cdot L_{buz} \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 0.2 kg
• Buzun erime ısısı (\( L_{buz} \)) = \( 334000 \, J/kg \)
• Hesaplama:
• \( Q_2 = 0.2 \, kg \cdot 334000 \, J/kg \)
• \( Q_2 = 66800 \, J \)
• Aşama 3: Oluşan Suyun Isıtılması (0°C'den 10°C'ye)
• Formül: \( Q_3 = m \cdot c_{su} \cdot \Delta T_2 \)
• Verilenler:
• Kütle (\( m \)) = 0.2 kg
• Suyun öz ısısı (\( c_{su} \)) = \( 4200 \, J/kg^\circ C \)
• Sıcaklık değişimi (\( \Delta T_2 \)) = 10°C - 0°C = 10°C
• Hesaplama:
• \( Q_3 = 0.2 \, kg \cdot 4200 \, J/kg^\circ C \cdot 10^\circ C \)
• \( Q_3 = 8400 \, J \)
• Toplam Isı:
• Toplam ısı \( Q_{toplam} = Q_1 + Q_2 + Q_3 \)
• \( Q_{toplam} = 2100 \, J + 66800 \, J + 8400 \, J \)
• \( Q_{toplam} = 77300 \, J \)

Bu işlem için gereken toplam ısı 77300 Joule'dür. 🧊➡️💧➡️🌡️