การทดลองพลศาสตร์เชิงความร้อนสำหรับเด็ก

การเปลี่ยนแปลงทางความร้อนหรือที่เรียกว่าอุณหพลศาสตร์เป็นกระบวนการของการถ่ายเทความร้อนจากพื้นที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ความร้อนเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงาน ซึ่งหมายความว่าการถ่ายเทความร้อนจริง ๆ แล้วเป็นการถ่ายเทพลังงาน ด้วยเหตุนี้ การศึกษาอุณหพลศาสตร์จึงเป็นการศึกษาว่าทำไมพลังงานจึงเคลื่อนเข้าและออกจากระบบ มีการทดลองต่างๆ มากมายที่สามารถอธิบายอุณหพลศาสตร์ให้เด็กๆ ฟังได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ก่อนทำการทดลอง เด็ก ๆ ต้องเข้าใจกฎสามข้อของเทอร์โมไดนามิกส์ก่อน กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในพลังงานภายในของระบบ เท่ากับระบบลบด้วยงานที่ระบบทำ กฎข้อที่สองระบุว่าความร้อนไม่สามารถถ่ายโอนจากวัตถุที่เย็นกว่าไปยังวัตถุที่อุ่นกว่าได้ กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์หมายถึงสถานะของเอนโทรปี หรือการสุ่ม ซึ่งระบบเมื่อเข้าใกล้อุณหภูมิศูนย์สัมบูรณ์ ถูกบังคับให้ดึงพลังงานจากระบบอื่นๆ ในบริเวณใกล้เคียง อย่างไรก็ตาม เมื่อมันดึงพลังงานจากระบบเหล่านี้ มันจะไม่มีวันถึงศูนย์สัมบูรณ์ ทำให้กฎข้อที่สามของเทอร์โมไดนามิกส์เป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ

การทดลองที่สนุกสนานและอร่อยที่เด็กๆ ทำได้คือทำไอศกรีมโฮมเมด โดยใช้สูตรที่พบในเว็บไซต์ Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub) โดยทำตามสูตร เด็กๆ จะเห็นว่าพลังงานความร้อนในไอศกรีมผสมไหลลงสู่สารละลายน้ำเกลือได้อย่างไร อุณหภูมิที่เย็นกว่าเนื่องจากเกลือที่เติมเพื่อลดอุณหภูมิลงจนทั้งไอศกรีมและน้ำเกลืออยู่ที่เดียวกัน อุณหภูมิ. ความร้อนของวัตถุที่อุ่นกว่าถ่ายโอนไปยังวัตถุที่เย็นกว่าจนกระทั่งทั้งคู่กลายเป็นอุณหภูมิเดียวกัน ซึ่งแสดงให้เห็นกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

การทดลองนี้ศึกษาสาเหตุที่น้ำเดือดในหม้อหยุดเดือดกะทันหันเมื่อวางก้อนน้ำแข็งลงในหม้อ ต้มน้ำในหม้อบนเตาจนเดือด จากนั้นใส่น้ำแข็งหลายก้อนลงในหม้อ น้ำจะหยุดเดือดทันที การทดลองนี้ยังพิสูจน์กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความร้อนจากเตาจะไหลไปยังวัตถุที่เย็นที่สุดในหม้อเสมอ ซึ่งในกรณีนี้คือน้ำแข็ง ดังนั้นความร้อนจากเตาจะหยุดทำให้น้ำเดือด เพราะมันทำงานเพื่อให้น้ำแข็งละลายและกลายเป็นน้ำแทน

การทดลองอื่นๆ ที่เหมาะสมกับเด็กเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์สามารถพบได้ในหนังสือ "ศาสตร์แห่งการทำอาหาร" ของปีเตอร์ บาร์นแฮม บาร์นแฮม ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยบริสตอล สหราชอาณาจักร อธิบายว่าการเตรียมอาหารและประกอบอาหารเกี่ยวข้องกับอุณหพลศาสตร์อย่างไร หลักการ ในหนังสือ Barnham เจาะลึกถึงเคมีของอาหาร โดยพูดคุยกันว่าสิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดรสชาติของอาหารชนิดใดชนิดหนึ่ง Barnham ยังสำรวจบทบาทของอุณหพลศาสตร์ในการทำอาหาร ด้วยบทส่วนใหญ่มีการทดลองเกี่ยวกับอาหารที่เด็กๆ สามารถทำได้