La dynamique thermique, également appelée thermodynamique, est le processus de transfert de la chaleur d'une zone à l'autre. La chaleur est une forme d'énergie, ce qui signifie que le transfert de chaleur est en réalité le transfert d'énergie. Pour cette raison, l'étude de la thermodynamique est en fait l'étude de comment et pourquoi l'énergie entre et sort des systèmes. Il existe une variété d'expériences différentes qui peuvent être efficaces pour expliquer la thermodynamique aux enfants.
Expliquer la thermodynamique
Avant de mener des expériences, les enfants doivent d'abord comprendre les trois lois de la thermodynamique. La première loi de la thermodynamique stipule que tout changement dans l'énergie interne d'un système est égal au système moins le travail effectué par le système. La deuxième loi stipule que la chaleur ne peut jamais être transférée d'un corps plus froid à un corps plus chaud. La troisième loi de la thermodynamique se réfère à l'état d'entropie, ou aléatoire, dans lequel un système, en s'approchant d'une température de zéro absolu, est forcé de puiser de l'énergie dans d'autres systèmes voisins; cependant, comme il tire de l'énergie de ces systèmes, il n'atteindra jamais le zéro absolu, faisant de la troisième loi de la thermodynamique une impossibilité physique.
Une crème glacée faite maison
Une expérience amusante et délicieuse peut entreprendre est de faire de la crème glacée maison, en utilisant une recette trouvée sur le site Web Kelvin's Kids Club (zapatopi.net/kelvin/kidsclub). En suivant la recette, les enfants auront vu comment l'énergie calorique dans le mélange de crème glacée a coulé dans une solution de saumure, qui était à une température plus froide en raison du sel ajouté pour abaisser sa température, jusqu'à la crème glacée et la saumure étaient à la même température. La chaleur du corps plus chaud transféré au corps plus froid jusqu'à ce que les deux sont devenus la même température, démontrant ainsi la deuxième loi de la thermodynamique.
Glace bouillante
Cette expérience regarde pourquoi une marmite d'eau bouillante cesse brusquement de bouillir quand un glaçon y est placé. Faites chauffer une casserole d'eau sur un réchaud jusqu'à ce qu'il arrive à ébullition, puis placez plusieurs glaçons dans le pot; l'eau cessera immédiatement de bouillir. Cette expérience prouve également la deuxième loi de la thermodynamique, démontrant que la chaleur du brûleur va toujours s'écouler vers l'objet le plus froid dans le pot, qui dans ce cas est la glace. Par conséquent, la chaleur du brûleur cesse de faire bouillir l'eau, car elle travaille à faire fondre la glace et à devenir de l'eau.
«La science de la cuisine»
Plus d'expériences sur la thermodynamique adaptées aux enfants peut être trouvé dans le livre de Peter Barnham "La science de la cuisine". Barnham, professeur à l'Université de Bristol, Royaume-Uni, explique comment la préparation des aliments et la cuisson des repas impliquent des principes thermodynamiques. Dans le livre, Barnham se penche sur la chimie des aliments, en discutant de la façon dont cela contribue au goût d'un aliment particulier. Barnham explore également le rôle de la thermodynamique dans la cuisine, avec la plupart des chapitres mettant en vedette une expérience alimentaire que les enfants peuvent mener.
