Sorunun Çözümü
Verilen soru, aynı basınç altında ve özdeş ısıtıcılarla ısıtılan sular için, hangi grafikte kullanılan su miktarının en az olduğunu sormaktadır.
- Özdeş ısıtıcılar kullanıldığı için, birim zamanda verilen ısı miktarı (güç, $P$) tüm durumlar için sabittir.
- Bir maddeye verilen ısı miktarı ($Q$), ısıtıcının gücü ($P$) ve ısıtma süresi ($t$) ile doğru orantılıdır: $Q = P \cdot t$.
- Suyun sıcaklığını belirli bir $\Delta T$ kadar artırmak için gereken ısı miktarı, suyun kütlesi ($m$), öz ısı kapasitesi ($c$) ve sıcaklık değişimi ($\Delta T$) ile doğru orantılıdır: $Q = m \cdot c \cdot \Delta T$.
- Soruda tüm suların aynı başlangıç sıcaklığından (grafiklerde 0°C olarak kabul edebiliriz) 100°C'ye kadar ısıtıldığı görülmektedir. Bu durumda sıcaklık değişimi ($\Delta T = 100°C$) ve suyun öz ısı kapasitesi ($c$) tüm durumlar için sabittir.
- Yukarıdaki iki denklemi birleştirirsek: $P \cdot t = m \cdot c \cdot \Delta T$.
- $P$, $c$ ve $\Delta T$ sabit olduğundan, bu denklemden ısıtma süresi ($t$) ile suyun kütlesi ($m$) doğru orantılıdır sonucuna varırız. Yani, $t \propto m$.
- Suyun miktarının en az olması için, 100°C'ye ulaşma süresinin en kısa olması gerekir.
- Grafiklere baktığımızda:
- A) Su 3 dakikada 100°C'ye ulaşıyor.
- B) Su 7 dakikada 100°C'ye ulaşıyor.
- C) Su 10 dakikada 100°C'ye ulaşıyor.
- D) Su 5 dakikada 100°C'ye ulaşıyor.
- En kısa süre 3 dakika ile A seçeneğindedir. Bu da en az su miktarının kullanıldığı anlamına gelir.
Cevap A seçeneğidir.