Termodünaamika, mida nimetatakse ka termodünaamikaks, on protsess, kuidas soojus kandub ühest piirkonnast teise. Soojus on energia vorm, mis tähendab, et soojusülekanne on tegelikult energia ülekandmine. Sel põhjusel on termodünaamika uurimine tegelikult see, kuidas ja miks energia süsteemidesse sisse ja välja liigub. Termodünaamika lastele selgitamiseks võib olla palju erinevaid katseid.
Termodünaamika selgitamine
Enne katsete tegemist peavad lapsed kõigepealt mõistma termodünaamika kolme seadust. Termodünaamika esimene seadus ütleb, et kõik süsteemi siseenergia muutused on võrdsed süsteemiga, millest on lahutatud süsteemi tehtud töö. Teine seadus ütleb, et soojust ei saa kunagi üle kanda külmemast kehast soojemaks. Termodünaamika kolmas seadus viitab entroopia ehk juhuslikkuse seisundile, kus süsteem on absoluutse nulli temperatuurile lähenedes sunnitud ammutama energiat teistest lähedalasuvatest süsteemidest; kui see ammutab nendest süsteemidest energiat, ei saavuta see kunagi absoluutset nulli, muutes termodünaamika kolmanda seaduse füüsiliseks võimatuks.
Kodune jäätis
Lõbus ja maitsev katse, mida lapsed saavad ette võtta, on valmistada omatehtud jäätist, kasutades selleks Kelvini lasteklubi veebisaidil (zapatopi.net/kelvin/kidsclub) leiduvat retsepti. Retsepti järgides on lapsed näinud, kuidas jäätise segu soojusenergia voolas soolvee lahusesse, mis oli temperatuuri alandamiseks lisatud soola tõttu külmem temperatuur, kuni nii jäätis kui ka soolvee olid samad temperatuur. Soojema keha soojus kandus külmemasse kehasse, kuni mõlemad muutusid samaks temperatuuriks, demonstreerides nii termodünaamika teist seadust.
Keev jää
Selles katses vaadeldakse, miks keeva veega pott järsku keema lakkab, kui sinna pannakse jääkuubik. Kuumutage pliidil potti vett, kuni see ühtlaselt keeb, seejärel pange potti mitu jääkuubikut; vesi lakkab kohe keema. See katse tõestab ka termodünaamika teist seadust, näidates, et põleti soojus voolab alati potti kõige külmemasse objekti, milleks on antud juhul jää. Seetõttu lakkab põleti soojus vett keema panemast, kuna see töötab selle asemel, et tahke jää sulaks ja muutuks veeks.
"Toiduvalmistamise teadus"
Lastele sobivamaid termodünaamikaga seotud katseid leiate Peter Barnhami raamatust "The Cooking Science". Suurbritannia Bristoli ülikooli professor Barnham selgitab, kuidas toidu valmistamine ja söögitegemine hõlmab termodünaamikat põhimõtteid. Raamatus süveneb Barnham toiduainete keemiasse, arutades, kuidas see konkreetse toidu maitsele kaasa aitab. Barnham uurib ka termodünaamika rolli toiduvalmistamisel. Enamikus peatükkides on toidupõhine eksperiment, mida lapsed saavad läbi viia.