Thermische dynamica, ook wel thermodynamica genoemd, is het proces van hoe warmte wordt overgedragen van het ene gebied naar het andere. Warmte is een vorm van energie, wat betekent dat de overdracht van warmte eigenlijk de overdracht van energie is. Om deze reden is de studie van thermodynamica eigenlijk de studie van hoe en waarom energie in en uit systemen beweegt. Er zijn verschillende experimenten die effectief kunnen zijn bij het uitleggen van thermodynamica aan kinderen.
Thermodynamica uitleggen
Voordat kinderen experimenten kunnen uitvoeren, moeten ze eerst de drie wetten van de thermodynamica begrijpen. De eerste wet van de thermodynamica stelt dat elke verandering in de interne energie van een systeem gelijk is aan het systeem minus het werk dat door het systeem wordt gedaan. De tweede wet stelt dat warmte nooit kan worden overgedragen van een kouder lichaam naar een warmer lichaam. De derde wet van de thermodynamica verwijst naar de toestand van entropie, of willekeur, waarin een systeem, wanneer het een temperatuur van het absolute nulpunt nadert, wordt gedwongen energie te halen uit andere nabijgelegen systemen; omdat het echter energie uit deze systemen haalt, zal het nooit het absolute nulpunt bereiken, waardoor de derde wet van de thermodynamica een fysieke onmogelijkheid wordt.
Zelfgemaakt ijs
Een leuk en heerlijk experiment dat kinderen kunnen ondernemen, is het maken van zelfgemaakt ijs, met behulp van een recept dat te vinden is op de Kelvin's Kids Club-website (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Door het recept te volgen, zullen kinderen hebben gezien hoe warmte-energie in de ijsmix in een pekeloplossing stroomde, die op een koudere temperatuur vanwege het zout dat werd toegevoegd om de temperatuur te verlagen, totdat zowel het ijs als de pekel hetzelfde waren temperatuur. De warmte van het warmere lichaam werd overgebracht naar het koudere lichaam totdat beide dezelfde temperatuur kregen, waarmee de tweede wet van de thermodynamica werd aangetoond.
Kokend ijs
Dit experiment onderzoekt waarom een pan met kokend water plotseling stopt met koken als er een ijsblokje in wordt geplaatst. Verwarm een pan water op een fornuis tot het aan de kook komt en plaats dan een aantal ijsblokjes in de pan; het water stopt onmiddellijk met koken. Dit experiment bewijst eveneens de tweede wet van de thermodynamica, die aantoont dat de warmte van de brander altijd naar het koudste object in de pot zal stromen, in dit geval het ijs. Daarom stopt de hitte van de brander om het water te laten koken, omdat het in plaats daarvan ervoor zorgt dat het vaste ijs smelt en water wordt.
"De wetenschap van koken"
Meer kindvriendelijke experimenten met thermodynamica zijn te vinden in het boek "The Science of Cooking" van Peter Barnham. Barnham, een professor aan de Universiteit van Bristol, VK, legt uit hoe voedselbereiding en kookmaaltijden thermodynamisch zijn thermo principes. In het boek duikt Barnham in de chemie van voedsel en bespreekt hoe dit bijdraagt aan de smaak van een bepaald voedsel. Barnham onderzoekt ook de rol van thermodynamica bij het koken, waarbij de meeste hoofdstukken een op voedsel gebaseerd experiment bevatten dat kinderen kunnen uitvoeren.
