Termální dynamika, nazývaná také termodynamika, je proces přenosu tepla z jedné oblasti do druhé. Teplo je forma energie, což znamená, že přenos tepla je vlastně přenos energie. Z tohoto důvodu je studium termodynamiky vlastně studiem toho, jak a proč se energie pohybuje do a ze systémů. Existuje celá řada různých experimentů, které mohou být účinné při vysvětlování termodynamiky dětem.
Vysvětlení termodynamiky
Před prováděním experimentů musí děti nejprve porozumět třem zákonům termodynamiky. První zákon termodynamiky říká, že jakákoli změna vnitřní energie systému se rovná systému minus práce, kterou systém provádí. Druhý zákon stanoví, že teplo se nikdy nemůže přenést z chladnějšího těla na teplejší. Třetí zákon termodynamiky se týká stavu entropie neboli náhodnosti, ve kterém je systém, když se blíží teplotě absolutní nuly, nucen čerpat energii z jiných blízkých systémů; jak však čerpá energii z těchto systémů, nikdy nedosáhne absolutní nuly, což činí třetí zákon termodynamiky fyzickou nemožností.
Domácí zmrzlina
Zábavný a lahodný experiment, který děti mohou podniknout, je výroba domácí zmrzliny podle receptu na webu Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Podle receptu děti uvidí, jak tepelná energie ve směsi zmrzliny proudila do solanky, která byla na chladnější teplota kvůli soli, která byla přidána ke snížení její teploty, dokud zmrzlina i solanka nebyly stejné teplota. Teplo z teplejšího tělesa se přenášelo do chladnějšího tělesa, dokud oba nedosáhly stejné teploty, což ukazuje druhý zákon termodynamiky.
Vařící led
Tento experiment zkoumá, proč hrnce s vroucí vodou náhle přestane vřít, když je do něj vložena kostka ledu. Zahřejte hrnec s vodou na sporáku, dokud nedojde k trvalému varu, a poté do hrnce vložte několik kostek ledu; voda okamžitě přestane vřít. Tento experiment rovněž dokazuje druhý zákon termodynamiky, který ukazuje, že teplo z hořáku bude vždy proudit k nejchladnějšímu předmětu v hrnci, kterým je v tomto případě led. Teplo z hořáku proto přestává vařit vodu, protože místo toho pracuje na tom, aby se pevný led roztál a stal se vodou.
"The Science of Cooking"
Více experimentů vhodných pro děti zahrnujících termodynamiku lze najít v knize Petera Barnhama „The Science of Cooking“. Barnham, profesor na univerzitě v Bristolu ve Velké Británii, vysvětluje, jak příprava jídla a vaření pokrmů zahrnuje termodynamiku zásady. V knize se Barnham ponoří do chemie potravin a diskutuje o tom, jak to přispívá k chuti konkrétního jídla. Barnham také zkoumá roli termodynamiky ve vaření, přičemž většina kapitol obsahuje experiment založený na jídle, který mohou děti provádět.