Termálna dynamika, nazývaná tiež termodynamika, je proces prenosu tepla z jednej oblasti do druhej. Teplo je forma energie, čo znamená, že prenos tepla je vlastne prenos energie. Z tohto dôvodu je štúdium termodynamiky vlastne štúdiom toho, ako a prečo sa energia pohybuje dovnútra a von zo systémov. Existuje množstvo rôznych experimentov, ktoré môžu byť účinné pri vysvetľovaní termodynamiky deťom.
Vysvetlenie termodynamiky
Pred vykonaním experimentov musia deti najskôr porozumieť trom termodynamickým zákonom. Prvý zákon termodynamiky hovorí, že akákoľvek zmena vnútornej energie systému sa rovná systému mínus práca vykonaná systémom. Druhý zákon hovorí, že teplo sa nikdy nemôže prenášať z chladnejšieho tela na teplejšie. Tretí zákon termodynamiky sa týka stavu entropie alebo náhodnosti, v ktorom je systém, keď sa blíži k teplote absolútnej nuly, nútený čerpať energiu z iných blízkych systémov; pretože však čerpá energiu z týchto systémov, nikdy nedosiahne absolútnu nulu, čím sa tretí zákon termodynamiky stáva fyzickou nemožnosťou.
Domáca zmrzlina
Zábavný a chutný experiment, ktorý môžu deti podniknúť, je pripraviť si domácu zmrzlinu podľa receptu uvedeného na webovej stránke Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Podľa receptu deti uvidia, ako tepelná energia v zmesi zmrzliny prúdila do soľného roztoku, ktorý bol pri chladnejšia teplota v dôsledku soli, ktorá sa pridávala na zníženie jej teploty, až kým nebola zmrzlina aj soľanka rovnaká teplota. Teplo z teplejšieho telesa sa prenášalo na chladnejšie teleso, kým obe nedosiahli rovnakú teplotu, čo demonštrovalo druhý zákon termodynamiky.
Vriaci ľad
Tento experiment sa zameriava na to, prečo hrniec s vriacou vodou náhle prestane vrieť, keď je doň vložená kocka ľadu. Zahrejte hrniec s vodou na sporáku, až kým sa úplne nerozvarí, a potom do hrnca vložte niekoľko kociek ľadu; voda okamžite prestane vrieť. Tento experiment tiež dokazuje druhý zákon termodynamiky, ktorý demonštruje, že teplo z horáka bude vždy prúdiť k najchladnejšiemu objektu v banke, ktorým je v tomto prípade ľad. Preto teplo z horáka prestáva variť vodu, pretože namiesto toho topí tuhý ľad a stáva sa z neho voda.
„Veda o varení“
Viac experimentov vhodných pre deti s použitím termodynamiky možno nájsť v knihe Petera Barnhama „The Science of Cooking“. Barnham, profesor na univerzite v Bristole vo Veľkej Británii, vysvetľuje, ako príprava jedál a varenie jedál zahŕňajú termodynamické princípy. V knihe sa Barnham zaoberá chémiou potravín a diskutuje o tom, ako to prispieva k chuti konkrétneho jedla. Barnham tiež skúma úlohu termodynamiky vo varení. Väčšina kapitol obsahuje experiment založený na jedle, ktorý môžu deti uskutočniť.