Thermodynamik, auch Thermodynamik genannt, ist der Prozess, wie Wärme von einem Bereich in einen anderen übertragen wird. Wärme ist eine Energieform, was bedeutet, dass die Wärmeübertragung eigentlich die Übertragung von Energie ist. Aus diesem Grund ist das Studium der Thermodynamik eigentlich das Studium, wie und warum Energie in Systeme ein- und ausströmt. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Experimente, die Kindern die Thermodynamik erklären können.
Erklärung der Thermodynamik
Vor der Durchführung von Experimenten müssen Kinder zunächst die drei Gesetze der Thermodynamik verstehen. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass jede Änderung der inneren Energie eines Systems gleich dem System minus der vom System geleisteten Arbeit ist. Der zweite Hauptsatz besagt, dass Wärme niemals von einem kälteren Körper auf einen wärmeren übertragen werden kann. Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik bezieht sich auf den Zustand der Entropie oder Zufälligkeit, in dem ein System, wenn es sich einer Temperatur des absoluten Nullpunkts nähert, gezwungen ist, Energie aus anderen nahe gelegenen Systemen zu ziehen; Da es diesen Systemen jedoch Energie entzieht, wird es niemals den absoluten Nullpunkt erreichen, was den dritten Hauptsatz der Thermodynamik physikalisch unmöglich macht.
Hausgemachte Eiscreme
Ein lustiges und köstliches Experiment, das Kinder unternehmen können, besteht darin, hausgemachtes Eis nach einem Rezept zuzubereiten, das auf der Website des Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub) zu finden ist. Durch das Befolgen des Rezepts haben die Kinder gesehen, wie die Wärmeenergie in der Eismischung in eine Salzlösung floss, die bei einem kältere Temperatur aufgrund des Salzes, das hinzugefügt wurde, um die Temperatur zu senken, bis sowohl das Eis als auch die Sole gleich waren Temperatur. Die Wärme des wärmeren Körpers wurde auf den kälteren Körper übertragen, bis beide die gleiche Temperatur erreichten, was den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik demonstriert.
Kochendes Eis
Dieses Experiment untersucht, warum ein Topf mit kochendem Wasser plötzlich aufhört zu kochen, wenn ein Eiswürfel hineingelegt wird. Einen Topf mit Wasser auf einem Herd erhitzen, bis es gleichmäßig kocht, dann mehrere Eiswürfel in den Topf geben; das Wasser hört sofort auf zu kochen. Dieses Experiment beweist ebenfalls den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und zeigt, dass die Wärme des Brenners immer zum kältesten Objekt im Topf fließt, in diesem Fall dem Eis. Daher hört die Hitze des Brenners auf, das Wasser zum Kochen zu bringen, da er stattdessen das feste Eis schmilzt und zu Wasser wird.
"Die Wissenschaft des Kochens"
Weitere kindgerechte Experimente zur Thermodynamik finden Sie in Peter Barnhams Buch "The Science of Cooking". Barnham, Professor an der University of Bristol, Großbritannien, erklärt, wie die Zubereitung von Speisen und das Kochen von Mahlzeiten thermodynamisch sind Prinzipien. In dem Buch vertieft sich Barnham in die Chemie von Lebensmitteln und diskutiert, wie diese zum Geschmack eines bestimmten Lebensmittels beiträgt. Barnham untersucht auch die Rolle der Thermodynamik beim Kochen, wobei die meisten Kapitel ein lebensmittelbasiertes Experiment beinhalten, das Kinder durchführen können.