Sorunun Çözümü
Verilen grafik, ısıca yalıtılmış bir kapta bulunan suya 2m kütleli buz atıldığında su kütlesinin zamanla değişimini göstermektedir.
- Grafiğin başlangıcı (t=0): Su kütlesi 'm' olarak gösterilmiştir. Bu, başlangıçta kapta 'm' kütleli su olduğunu ifade eder.
- Su kütlesinin artışı: Grafik, su kütlesinin 'm'den '3m'ye yükseldiğini göstermektedir. Bu artış (3m - m = 2m), kaba atılan 2m kütleli buzun tamamının eriyerek suya dönüştüğünü belirtir.
- Denge durumu: Su kütlesi '3m'de sabit kalmıştır. Bu durum, tüm buzun eridiğini ve sistemin ısıl dengeye ulaştığını gösterir.
Şimdi seçenekleri inceleyelim:
- A) Başlangıçta, kapta m kütleli su vardır.
Grafiğin y eksenindeki başlangıç değeri 'm' olduğu için bu ifade doğrudur. - B) Buzun tamamı erimiştir.
Su kütlesi 'm'den '3m'ye çıkmıştır, yani 2m artmıştır. Kaba atılan buz kütlesi de 2m olduğuna göre, buzun tamamı erimiştir. Bu ifade doğrudur. - C) Başlangıçta suyun sıcaklığı 0°C olmalıdır.
Buzun erimesi için suya ısı vermesi gerekir. Eğer başlangıçta suyun sıcaklığı 0°C olsaydı (ve buz da 0°C veya altındaysa), su buza ısı veremez ve buz erimezdi. Grafikte buzun eridiği açıkça görüldüğünden, başlangıçta suyun sıcaklığı 0°C'den büyük olmalıdır ki buza ısı verip onu eritebilsin. Bu nedenle bu ifade yanlıştır. - D) Başlangıçta buzun sıcaklığı 0°C olmalıdır.
Grafik, buzun atıldığı andan itibaren su kütlesinin arttığını, yani buzun erimeye başladığını göstermektedir. Buzun erimeye başlaması için sıcaklığının erime noktası olan 0°C'de olması gerekir. Eğer buz 0°C'nin altında olsaydı, önce ısınarak 0°C'ye gelmesi gerekirdi, bu süreçte su kütlesi artmazdı. Bu nedenle bu ifade doğrudur. - E) Isıl denge sağlandığında suyun sıcaklığı 0°C olabilir.
Tüm buz eridikten sonra sistem ısıl dengeye ulaşır. Eğer başlangıçtaki suyun verdiği ısı, buzun tamamını eritmek için yeterli olup, suyun kendi sıcaklığını da tam olarak 0°C'ye düşürmüşse, denge sıcaklığı 0°C olabilir. Bu bir olasılıktır. Bu ifade doğrudur.
Yukarıdaki analizlere göre, yanlış olan yorum C seçeneğidir.
Cevap C seçeneğidir.