A termodinamika, más néven termodinamika, az a folyamat, ahogyan a hő átkerül az egyik területről a másikra. A hő egyfajta energia, ami azt jelenti, hogy a hőátadás valójában az energiaátadás. Emiatt a termodinamika vizsgálata tulajdonképpen annak tanulmányozása, hogy az energia hogyan és miért mozog be és ki a rendszerekből. Számos különböző kísérlet létezik, amelyek hatékonyak lehetnek a termodinamika magyarázatában.
A termodinamika ismertetése
Kísérletek elvégzése előtt a gyerekeknek először meg kell érteniük a termodinamika három törvényét. A termodinamika első törvénye kimondja, hogy a rendszer belső energiájában bekövetkező bármilyen változás egyenlő a rendszer mínusz a rendszer által végzett munkával. A második törvény kimondja, hogy a hő soha nem vihető át hidegebb testről melegebbre. A termodinamika harmadik törvénye az entrópia vagy véletlenszerűség állapotára utal, amelyben egy rendszer az abszolút nulla hőmérséklet elérésekor kénytelen más közeli rendszerekből energiát meríteni; mivel azonban energiát merít ezekből a rendszerekből, soha nem éri el az abszolút nullát, így a termodinamika harmadik törvénye fizikai lehetetlenné válik.
Házi fagylalt
Szórakoztató és finom kísérlet a gyerekek számára, hogy házi készítésű fagylaltot készítenek a Kelvin's Kids Club weboldalán (zapatopi.net/kelvin/kidsclub) található recept alapján. A recept betartásával a gyerekek meglátják, hogy a fagylaltkeverék hőenergiája sós oldatba áramlik-e, amely hidegebb hőmérséklet a só miatt, amelyet a hőmérsékletének csökkentésére adtak, amíg a fagylalt és a sóoldat sem volt azonos hőfok. A melegebb test hője átkerült a hidegebb testbe, amíg mindkettő azonos hőmérsékletűvé nem vált, bemutatva ezzel a termodinamika második törvényét.
Forró jég
Ez a kísérlet azt vizsgálja, hogy egy fazék forró víz miért hagyja abba hirtelen a forrást, amikor jégkockát tesznek bele. Melegítsen egy edény vizet a tűzhelyen, amíg az állandóan felforr, majd tegyen néhány jégkockát az edénybe; a víz azonnal leáll a forrással. Ez a kísérlet a termodinamika második törvényét is bizonyítja, bemutatva, hogy az égő hője mindig a fazék leghidegebb tárgyáig áramlik, amely ebben az esetben a jég. Ezért az égő hője abbahagyja a víz forralását, mivel ehelyett a szilárd jég megolvadására és vízzé válására szolgál.
"A főzés tudománya"
A gyermek számára megfelelőbb termodinamikai kísérletek megtalálhatóak Peter Barnham "A főzés tudománya" című könyvében. Barnham, az Egyesült Királyság Bristoli Egyetem professzora elmagyarázza, hogy az ételek elkészítése és az ételek főzése hogyan vonja be a termodinamikát elveket. A könyvben Barnham elmélyül az ételek kémiájában, és megvitatja, hogy ez hogyan járul hozzá egy adott étel ízéhez. Barnham a termodinamika főzésben betöltött szerepét is feltárja, a legtöbb fejezet egy ételalapú kísérletet tartalmaz, amelyet a gyerekek végezhetnek.