Esperimenti di dinamica termica per bambini

La termodinamica, detta anche termodinamica, è il processo di trasferimento del calore da un'area all'altra. Il calore è una forma di energia, il che significa che il trasferimento di calore è in realtà il trasferimento di energia. Per questo motivo, lo studio della termodinamica è in realtà lo studio di come e perché l'energia entra ed esce dai sistemi. Ci sono una varietà di esperimenti diversi che possono essere efficaci per spiegare la termodinamica ai bambini.

Prima di condurre esperimenti, i bambini devono prima comprendere le tre leggi della termodinamica. La prima legge della termodinamica afferma che qualsiasi cambiamento nell'energia interna di un sistema è uguale al sistema meno il lavoro svolto dal sistema. La seconda legge afferma che il calore non può mai essere trasferito da un corpo più freddo a uno più caldo. La terza legge della termodinamica si riferisce allo stato di entropia, o casualità, in cui un sistema, avvicinandosi ad una temperatura di zero assoluto, è costretto a prelevare energia da altri sistemi vicini; tuttavia, poiché trae energia da questi sistemi, non raggiungerà mai lo zero assoluto, rendendo la terza legge della termodinamica un'impossibilità fisica.

Un esperimento divertente e delizioso che i bambini possono intraprendere è quello di preparare un gelato fatto in casa, utilizzando una ricetta trovata sul sito web del Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Seguendo la ricetta, i bambini avranno visto come l'energia termica contenuta nella miscela per gelato è confluita in una soluzione salina, che era ad un temperatura più fredda a causa del sale che è stato aggiunto per abbassarne la temperatura, fino a quando sia il gelato che la salamoia erano allo stesso temperatura. Il calore del corpo più caldo si è trasferito al corpo più freddo finché entrambi non sono diventati della stessa temperatura, dimostrando così la seconda legge della termodinamica.

Questo esperimento esamina il motivo per cui una pentola di acqua bollente smette improvvisamente di bollire quando viene inserito un cubetto di ghiaccio. Riscaldare una pentola d'acqua su un fornello fino a quando non raggiunge il bollore, quindi mettere diversi cubetti di ghiaccio nella pentola; l'acqua smetterà immediatamente di bollire. Anche questo esperimento dimostra la seconda legge della termodinamica, dimostrando che il calore del bruciatore fluirà sempre verso l'oggetto più freddo della pentola, che in questo caso è il ghiaccio. Pertanto il calore del bruciatore smette di far bollire l'acqua mentre lavora invece per far sciogliere il ghiaccio solido e diventare acqua.

Esperimenti più adatti ai bambini che coinvolgono la termodinamica possono essere trovati nel libro di Peter Barnham "The Science of Cooking". Barnham, professore all'Università di Bristol, nel Regno Unito, spiega come la preparazione del cibo e la cottura dei pasti coinvolgano la termodinamica i principi. Nel libro, Barnham approfondisce la chimica degli alimenti, discutendo come questo contribuisce al gusto di un particolare alimento. Barnham esplora anche il ruolo della termodinamica in cucina, con la maggior parte dei capitoli che presentano un esperimento alimentare che i bambini possono condurre.