Termiska dynamiska experiment för barn

Termisk dynamik, även kallad termodynamik, är processen för hur värme överförs från ett område till ett annat. Värme är en form av energi, vilket innebär att värmeöverföringen faktiskt är överföringen av energi. Av denna anledning är studiet av termodynamik faktiskt studiet av hur och varför energi rör sig in och ut ur systemen. Det finns en mängd olika experiment som kan vara effektiva för att förklara termodynamik för barn.

Innan barn gör experiment måste barn först förstå termodynamikens tre lagar. Den första lagen om termodynamik säger att alla förändringar i ett systems inre energi är lika med systemet minus det arbete som utförts av systemet. Den andra lagen säger att värme aldrig kan överföras från en kallare kropp till en varmare kropp. Den tredje lagen om termodynamik hänvisar till tillståndet av entropi, eller slumpmässighet, där ett system, när det närmar sig en temperatur av absolut noll, tvingas ta energi från andra närliggande system; emellertid, när det drar energi från dessa system, kommer det aldrig att nå absolut noll, vilket gör termodynamikens tredje lag till en fysisk omöjlighet.

Ett roligt och utsökt experiment som barn kan göra är att göra hemlagad glass med ett recept som finns på Kelvin's Kids Club-webbplats (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). Genom att följa receptet kommer barn att ha sett hur värmeenergi i glassblandningen flödade in i en saltlösning, som var vid en kallare temperatur på grund av saltet som tillsattes för att sänka temperaturen tills både glassen och saltlösningen var desamma temperatur. Värmen från den varmare kroppen överfördes till den kallare kroppen tills båda blev samma temperatur, vilket demonstrerade termodynamikens andra lag.

Detta experiment tittar på varför en kruka med kokande vatten plötsligt slutar koka när en isbit placeras i den. Värm upp en kruka med vatten på en spis tills den kokar stadigt och lägg sedan flera isbitar i potten; vattnet slutar omedelbart koka. Detta experiment bevisar också termodynamikens andra lag, vilket visar att värmen från brännaren alltid kommer att strömma till det kallaste föremålet i potten, som i detta fall är isen. Därför slutar värmen från brännaren att få vattnet att koka eftersom det istället fungerar för att få den fasta isen att smälta och bli vatten.

Mer barnanpassade experiment med termodynamik finns i Peter Barnhams bok "The Science of Cooking." Barnham, professor vid University of Bristol, U.K., förklarar hur matlagning och matlagning involverar termodynamik principer. I boken gräver Barnham in i livsmedelskemi och diskuterar hur detta bidrar till smaken av en viss mat. Barnham utforskar också termodynamikens roll i matlagning, med de flesta kapitel med ett livsmedelsbaserat experiment som barn kan genomföra.