Experimentos de dinâmica térmica para crianças

A dinâmica térmica, também chamada de termodinâmica, é o processo pelo qual o calor é transferido de uma área para outra. O calor é uma forma de energia, o que significa que a transferência de calor é, na verdade, a transferência de energia. Por essa razão, o estudo da termodinâmica é, na verdade, o estudo de como e por que a energia entra e sai dos sistemas. Há uma variedade de experimentos diferentes que podem ser eficazes para explicar a termodinâmica para crianças.

Antes de conduzir experimentos, as crianças primeiro precisam entender as três leis da termodinâmica. A primeira lei da termodinâmica afirma que qualquer mudança na energia interna de um sistema é igual ao sistema menos o trabalho que é feito pelo sistema. A segunda lei afirma que o calor nunca pode ser transferido de um corpo mais frio para um mais quente. A terceira lei da termodinâmica se refere ao estado de entropia, ou aleatoriedade, no qual um sistema, conforme se aproxima de uma temperatura de zero absoluto, é forçado a extrair energia de outros sistemas próximos; no entanto, ao extrair energia desses sistemas, nunca chegará a zero absoluto, tornando a terceira lei da termodinâmica uma impossibilidade física.

Uma experiência divertida e deliciosa que as crianças podem realizar é fazer sorvete caseiro, usando uma receita encontrada no site do Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Seguindo a receita, as crianças terão visto como a energia do calor na mistura de sorvete flui para uma solução de salmoura, que estava em um temperatura mais fria devido ao sal que foi adicionado para diminuir sua temperatura, até que o sorvete e a salmoura estivessem no mesmo temperatura. O calor do corpo mais quente transferido para o corpo mais frio até que ambos tenham a mesma temperatura, demonstrando assim a segunda lei da termodinâmica.

Este experimento analisa por que uma panela de água fervente de repente para de ferver quando um cubo de gelo é colocado nela. Aqueça uma panela com água no fogão até que comece a ferver e coloque vários cubos de gelo na panela; a água irá parar de ferver imediatamente. Este experimento também prova a segunda lei da termodinâmica, demonstrando que o calor do queimador sempre fluirá para o objeto mais frio da panela, que neste caso é o gelo. Portanto, o calor do queimador para de fazer a água ferver, pois, em vez disso, faz com que o gelo sólido derreta e se torne água.

Mais experimentos apropriados para crianças envolvendo termodinâmica podem ser encontrados no livro de Peter Barnham "The Science of Cooking". Barnham, um professor da Universidade de Bristol, Reino Unido, explica como a preparação de alimentos e o preparo de refeições envolvem termodinâmica princípios. No livro, Barnham investiga a química dos alimentos, discutindo como isso contribui para o sabor de um alimento específico. Barnham também explora o papel da termodinâmica na culinária, com a maioria dos capítulos apresentando um experimento baseado em alimentos que as crianças podem realizar.