თერმული დინამიკის ექსპერიმენტები ბავშვებისთვის

თერმული დინამიკა, რომელსაც ასევე თერმოდინამიკას უწოდებენ, არის პროცესი, თუ როგორ ხდება სითბოს გადატანა ერთი ადგილიდან მეორეზე. სითბო არის ენერგიის ფორმა, რაც ნიშნავს, რომ სითბოს გადაცემა სინამდვილეში ენერგიის გადაცემაა. ამ მიზეზით, თერმოდინამიკის შესწავლა სინამდვილეში იმის კვლევაა, თუ როგორ და რატომ მოძრაობს ენერგია სისტემებში და გარეთ. არსებობს სხვადასხვა სახის სხვადასხვა ექსპერიმენტები, რომლებიც შეიძლება ეფექტური იყოს ბავშვებისთვის თერმოდინამიკის ასახსნელად.

ექსპერიმენტების ჩატარებამდე ბავშვებმა ჯერ უნდა გაიგონ თერმოდინამიკის სამი კანონი. თერმოდინამიკის პირველი კანონი აცხადებს, რომ სისტემის შინაგანი ენერგიის ნებისმიერი ცვლილება უდრის სისტემას, გამოკლებული სისტემის მიერ შესრულებული სამუშაოს. მეორე კანონი აცხადებს, რომ სითბო ვერასდროს გადაიტანება უფრო ცივი სხეულიდან თბილზე. თერმოდინამიკის მესამე კანონი გულისხმობს ენტროპიის ან შემთხვევითობის მდგომარეობას, რომელშიც სისტემა, აბსოლუტური ნულის ტემპერატურასთან მიახლოებისთანავე, იძულებულია ენერგია მოიზიდოს სხვა ახლომდებარე სისტემებიდან; ამასთან, რადგან იგი ენერგიას მოიზიდავს ამ სისტემებიდან, ის ვერასოდეს მიაღწევს აბსოლუტურ ნულს, რაც თერმოდინამიკის მესამე კანონს ფიზიკურ შეუძლებლად აქცევს.

მხიარული და გემრიელი ექსპერიმენტის ჩატარება ბავშვებისთვის არის ხელნაკეთი ნაყინის მომზადება, რეცეპტის გამოყენებით, რომელიც ნაპოვნია კელვინის საბავშვო კლუბის ვებსაიტზე (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). რეცეპტის გათვალისწინებით, ბავშვებმა ნახეს, თუ როგორ სითბოს ენერგია ნაყინის ნარევში ჩაედინება მარილწყალში, უფრო ცივი ტემპერატურა მარილის გამო, რომელიც დაემატა მისი ტემპერატურის შესამცირებლად, სანამ ნაყინი და მარილწყალი ერთნაირად არ იქნებოდა ტემპერატურა თბილი სხეულის სიცხე უფრო ცივ სხეულზე გადადიოდა, სანამ ორივე ერთნაირი ტემპერატურა არ გახდებოდა, რაც თერმოდინამიკის მეორე კანონის დემონსტრირებას ახდენს.

ეს ექსპერიმენტი ასახავს, ​​თუ რატომ ხდება მდუღარე წყლის ქვაბის მოულოდნელად შეწყვეტა დუღილი, როდესაც მასში ყინულის კუბი იდება. ქვაბი გაათბეთ გაზქურაზე, სანამ არ დუღდება, შემდეგ კი ყინულის რამდენიმე კუბი მოათავსეთ ქვაბში; წყალი დაუყოვნებლივ შეწყვეტს დუღილს. ეს ექსპერიმენტი ასევე ადასტურებს თერმოდინამიკის მეორე კანონს, რომელიც ცხადყოფს, რომ დამწვარი სითბო ყოველთვის მიედინება ქოთნის ყველაზე ცივ ობიექტზე, რაც ამ შემთხვევაში ყინულია. ამიტომ სანთურის სითბო წყვეტს წყლის დუღილს, რადგან ის მუშაობს მყარი ყინულის დნობისთვის და ხდება წყალი.

უფრო მეტი ბავშვისთვის შესაფერისი ექსპერიმენტი, რომელიც მოიცავს თერმოდინამიკას, შეგიძლიათ იხილოთ პიტერ ბარნჰემის წიგნში "მეცნიერების მომზადება". ბარნჰამი, ბრისტოლის უნივერსიტეტის პროფესორი, ბრიტანეთი, განმარტავს, თუ როგორ ხდება საკვების მომზადება და კერძების მომზადება თერმოდინამიკაში პრინციპები. წიგნში ბარნჰემი იკვლევს საკვების ქიმიას და განიხილავს, თუ როგორ ეს ხელს უწყობს კონკრეტული საკვების გემოს მიღებას. ბარნჰემი ასევე იკვლევს თერმოდინამიკის როლს სამზარეულოში, უმეტეს თავში წარმოდგენილია საკვებიდან გამომდინარე ექსპერიმენტი, რომლის ჩატარებაც შეუძლიათ ბავშვებს.