تجارب الديناميات الحرارية للأطفال

الديناميكا الحرارية ، والتي تسمى أيضًا الديناميكا الحرارية ، هي عملية كيفية انتقال الحرارة من منطقة إلى أخرى. الحرارة هي شكل من أشكال الطاقة ، مما يعني أن انتقال الحرارة هو في الواقع نقل للطاقة. لهذا السبب ، فإن دراسة الديناميكا الحرارية هي في الواقع دراسة كيف ولماذا تتحرك الطاقة داخل وخارج الأنظمة. هناك مجموعة متنوعة من التجارب المختلفة التي يمكن أن تكون فعالة في شرح الديناميكا الحرارية للأطفال.

قبل إجراء التجارب ، يحتاج الأطفال أولاً إلى فهم القوانين الثلاثة للديناميكا الحرارية. ينص القانون الأول للديناميكا الحرارية على أن أي تغيير في الطاقة الداخلية لنظام ما يساوي النظام مطروحًا منه الشغل الذي يقوم به النظام. ينص القانون الثاني على أنه لا يمكن أبدًا نقل الحرارة من الجسم الأكثر برودة إلى الجسم الأكثر دفئًا. يشير القانون الثالث للديناميكا الحرارية إلى حالة الانتروبيا ، أو العشوائية ، حيث يُجبر النظام ، عندما يقترب من درجة حرارة الصفر المطلق ، على سحب الطاقة من أنظمة أخرى قريبة ؛ ومع ذلك ، نظرًا لأنه يستمد الطاقة من هذه الأنظمة ، فلن يصل أبدًا إلى الصفر المطلق ، مما يجعل القانون الثالث للديناميكا الحرارية مستحيلًا فيزيائيًا.

تجربة ممتعة ولذيذة يمكن للأطفال القيام بها هي صنع آيس كريم محلي الصنع ، باستخدام وصفة موجودة على موقع نادي الأطفال Kelvin's (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). باتباع الوصفة ، سوف يرى الأطفال كيف تتدفق الطاقة الحرارية في مزيج الآيس كريم إلى محلول ملحي ، والذي كان في درجة حرارة أكثر برودة بسبب إضافة الملح لخفض درجة حرارته ، حتى يتساوى كل من الآيس كريم والمحلول الملحي. درجة الحرارة. تنتقل حرارة الجسم الأكثر دفئًا إلى الجسم الأكثر برودة حتى أصبح كلاهما بنفس درجة الحرارة ، مما يدل على القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

تبحث هذه التجربة في سبب توقف وعاء من الماء المغلي فجأة عن الغليان عند وضع مكعب ثلج فيه. سخني قدرًا من الماء على موقد حتى يغلي بثبات ، ثم ضع عدة مكعبات ثلج في القدر ؛ سيتوقف الماء عن الغليان على الفور. تثبت هذه التجربة أيضًا القانون الثاني للديناميكا الحرارية ، مما يدل على أن الحرارة من الموقد ستتدفق دائمًا إلى أبرد جسم في القدر ، وهو الجليد في هذه الحالة. لذلك تتوقف الحرارة الصادرة عن الموقد عن جعل الماء يغلي لأنه يعمل بدلاً من ذلك على جعل الجليد الصلب يذوب ويتحول إلى ماء.

يمكن العثور على المزيد من التجارب الملائمة للأطفال التي تتضمن الديناميكا الحرارية في كتاب بيتر بارنهام "علم الطهي". يشرح بارنهام ، الأستاذ في جامعة بريستول بالمملكة المتحدة ، كيف أن إعداد الطعام وطهي الوجبات ينطوي على الديناميكا الحرارية. مبادئ. في الكتاب ، يتعمق بارنهام في كيمياء الأطعمة ، ويناقش كيف يساهم ذلك في مذاق طعام معين. يستكشف بارنهام أيضًا دور الديناميكا الحرارية في الطهي ، حيث تعرض معظم الفصول تجربة قائمة على الطعام يمكن للأطفال إجراؤها.