Dynamika termiczna, zwana również termodynamiką, to proces przenoszenia ciepła z jednego obszaru do drugiego. Ciepło jest formą energii, co oznacza, że transfer ciepła jest w rzeczywistości transferem energii. Z tego powodu badanie termodynamiki jest w rzeczywistości badaniem tego, jak i dlaczego energia wchodzi i wychodzi z systemów. Istnieje wiele różnych eksperymentów, które mogą być skuteczne w wyjaśnianiu dzieciom termodynamiki.
Wyjaśnienie termodynamiki
Przed przeprowadzeniem eksperymentów dzieci muszą najpierw zrozumieć trzy prawa termodynamiki. Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że każda zmiana energii wewnętrznej systemu jest równa systemowi minus praca wykonana przez system. Drugie prawo mówi, że ciepło nigdy nie może zostać przeniesione z ciała chłodniejszego do cieplejszego. Trzecia zasada termodynamiki odnosi się do stanu entropii lub przypadkowości, w którym układ zbliżając się do temperatury zera absolutnego jest zmuszony pobierać energię z innych pobliskich układów; jednak, ponieważ czerpie energię z tych systemów, nigdy nie osiągnie zera absolutnego, co czyni trzecią zasadę termodynamiki fizyczną niemożliwością.
Domowe Lody
Zabawnym i pysznym eksperymentem, który dzieci mogą podjąć, jest zrobienie domowych lodów, według przepisu znalezionego na stronie Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Postępując zgodnie z przepisem dzieci zobaczą, jak energia cieplna mieszanki lodowej przepływa do roztworu solanki, który był na niższa temperatura ze względu na sól, która została dodana w celu obniżenia jej temperatury, aż lody i solanka były takie same temperatura. Ciepło cieplejszego ciała przeniosło się do chłodniejszego ciała, aż oba osiągnęły tę samą temperaturę, pokazując w ten sposób drugą zasadę termodynamiki.
wrzący lód
Ten eksperyment pokazuje, dlaczego garnek z wrzącą wodą nagle przestaje się gotować po włożeniu do niego kostki lodu. Podgrzej garnek z wodą na kuchence, aż się równomiernie zagotuje, a następnie wrzuć do garnka kilka kostek lodu; woda natychmiast przestanie się gotować. Ten eksperyment dowodzi również drugiej zasady termodynamiki, pokazując, że ciepło z palnika zawsze będzie płynąć do najzimniejszego obiektu w naczyniu, którym w tym przypadku jest lód. Dlatego ciepło z palnika przestaje gotować wodę, ponieważ zamiast tego działa, aby stały lód stopił się i stał się wodą.
„Nauka gotowania”
Więcej odpowiednich dla dzieci eksperymentów z termodynamiką można znaleźć w książce Petera Barnhama „Nauka gotowania”. Barnham, profesor na Uniwersytecie w Bristolu w Wielkiej Brytanii, wyjaśnia, w jaki sposób przygotowywanie posiłków i gotowanie posiłków obejmuje termodynamikę zasady. W książce Barnham zagłębia się w chemię żywności, omawiając, w jaki sposób wpływa ona na smak określonej żywności. Barnham bada również rolę termodynamiki w gotowaniu, przy czym większość rozdziałów zawiera eksperyment oparty na jedzeniu, który dzieci mogą przeprowadzić.