Експерименти с термодинамика за деца

Термичната динамика, наричана още термодинамика, е процесът на пренос на топлина от една област в друга. Топлината е форма на енергия, което означава, че преносът на топлина всъщност е пренос на енергия. Поради тази причина изследването на термодинамиката всъщност е изследване на това как и защо енергията се движи в и извън системите. Съществуват множество различни експерименти, които могат да бъдат ефективни при обяснение на термодинамиката на децата.

Преди да провеждат експерименти, децата първо трябва да разберат трите закона на термодинамиката. Първият закон на термодинамиката гласи, че всяка промяна във вътрешната енергия на системата е равна на системата минус работата, извършена от системата. Вторият закон гласи, че топлината никога не може да се прехвърля от по-студено тяло в по-топло. Третият закон на термодинамиката се отнася до състоянието на ентропия или случайност, при което една система, когато се приближава до температура от абсолютна нула, е принудена да черпи енергия от други близки системи; тъй като обаче черпи енергия от тези системи, никога няма да достигне абсолютна нула, превръщайки третия закон на термодинамиката във физическа невъзможност.

Забавен и вкусен експеримент, който децата могат да предприемат, е да приготвят домашен сладолед, използвайки рецепта, намерена на уебсайта на Келвин Детски клуб (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Следвайки рецептата, децата ще са видели как топлинната енергия в сладоледената смес се влива в солен разтвор, който е в по-студена температура поради добавената сол за понижаване на температурата й, докато и сладоледът, и саламурата не са еднакви температура. Топлината на по-топлото тяло се предава на по-студеното тяло, докато и двете станат еднакви температури, като по този начин демонстрира втория закон на термодинамиката.

Този експеримент разглежда защо тенджера с вряща вода изведнъж спира да кипи, когато в нея се постави кубче лед. Загрейте тенджера с вода на котлон, докато започне да кипи стабилно, след това поставете няколко кубчета лед в тенджерата; водата веднага ще спре да кипи. Този експеримент също доказва втория закон на термодинамиката, демонстрирайки, че топлината от горелката винаги ще тече към най-студения обект в съда, който в този случай е ледът. Следователно топлината от горелката спира да кара водата да кипи, тъй като вместо това работи, за да накара твърдият лед да се разтопи и да стане вода.

Още подходящи за деца експерименти, включващи термодинамика, могат да бъдат намерени в книгата на Питър Барнъм „Науката за готвенето“. Barnham, професор от Университета в Бристол, Великобритания, обяснява как приготвянето и готвенето на ястия включва термодинамични принципи. В книгата Барнъм се задълбочава в химията на храните, обсъждайки как това допринася за вкуса на определена храна. Barnham също изследва ролята на термодинамиката в готвенето, като повечето глави включват експеримент, базиран на храна, който децата могат да проведат.