Lämpödynamiikka, jota kutsutaan myös termodynamiikaksi, on prosessi, jolla lämpö siirtyy alueelta toiselle. Lämpö on energiamuoto, mikä tarkoittaa, että lämmönsiirto on itse asiassa energiansiirtoa. Tästä syystä termodynamiikan tutkimus on itse asiassa tutkimus siitä, miten ja miksi energia liikkuu sisään ja ulos järjestelmistä. On olemassa useita erilaisia kokeita, jotka voivat olla tehokkaita selittämään termodynamiikkaa lapsille.
Termodynamiikan selittäminen
Ennen kokeiden suorittamista lasten on ensin ymmärrettävä kolme termodynamiikan lakia. Ensimmäisessä termodynamiikan laissa todetaan, että kaikki muutokset järjestelmän sisäisessä energiassa ovat yhtä suuria kuin järjestelmä, josta on vähennetty järjestelmän tekemä työ. Toisessa laissa todetaan, että lämpöä ei voi koskaan siirtää kylmemmästä ruumiista lämpimämpään. Kolmas termodynamiikan laki viittaa entropian eli satunnaisuuden tilaan, jossa järjestelmä, kun se lähestyy absoluuttisen nollan lämpötilaa, joutuu ottamaan energiaa muista läheisistä järjestelmistä; Kuitenkin, kun se ammentaa energiaa näistä järjestelmistä, se ei koskaan saavuta absoluuttista nollaa, mikä tekee termodynamiikan kolmannesta laista fyysisen mahdottomuuden.
Kotitekoinen jäätelö
Hauska ja herkullinen kokeilu, jonka lapset voivat tehdä, on tehdä kotitekoista jäätelöä käyttämällä reseptiä, joka löytyy Kelvin's Kids Club -sivustolta (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Noudattamalla reseptiä lapset ovat nähneet, kuinka jäätelöseoksen lämpöenergia virtaa suolaliuokseen, joka oli kylmempi lämpötila johtuen suolasta, jota lisättiin sen lämpötilan alentamiseksi, kunnes sekä jäätelö että suolaliuos olivat samat lämpötila. Lämpimämmän ruumiin lämpö siirtyi kylmempään kehoon, kunnes molemmista tuli sama lämpötila, mikä osoittaa termodynamiikan toisen lain.
Kiehuva jää
Tässä kokeessa tarkastellaan, miksi kiehuva vesiastia lakkaa yhtäkkiä kiehumasta, kun siihen asetetaan jääkuutio. Kuumenna vesipannu liedellä, kunnes se kiehuu tasaisesti, aseta sitten useita jääpaloja kattilaan; vesi lakkaa välittömästi kiehumasta. Tämä koe todistaa myös toisen termodynamiikan lain, mikä osoittaa, että polttimen lämpö virtaa aina kattilan kylmimpään esineeseen, joka tässä tapauksessa on jää. Siksi polttimen lämpö lopettaa veden kiehumisen, koska se toimii sen sijaan, että kiinteä jää sulaa ja siitä tulee vettä.
"Ruoanlaittotiede"
Lisää lapsille sopivia kokeita, joihin liittyy termodynamiikkaa, löytyy Peter Barnhamin kirjassa "The Science of Cooking". Barnham, professori Bristolin yliopistosta, Iso-Britannia, kertoo kuinka ruoanvalmistukseen ja -aterioihin liittyy termodynaaminen periaatteita. Kirjassa Barnham syvenee elintarvikkeiden kemiaan keskustellen siitä, miten tämä vaikuttaa tietyn ruoan makuun. Barnham tutkii myös termodynamiikan roolia ruoanlaitossa, ja useimmissa luvuissa on ruokapohjainen kokeilu, jonka lapset voivat suorittaa.