Lehrtätigketi, die von Irene Salmaso und Biagio Ambrosio während des Doktorats “Designing innovative public engagement activities” am Universität Padua im Jahr 2024 konzipiert wurde.

Kurze Beschreibung der Tätigkeit

Was ist Entropie und wie funkzioniert sie? In dieser Erfahrung, durch Einsatz von Farben und Gerüchen, es wird möglich sein, die verschiedenen Grade der Entropie zu fühlen, die in mehr oder weniger ungeordneten Systemen existieren, um zu sehen, wie sie sich mit der Zeit entwickelt.

Materialien

  • Tempera-Farben blau, rot, und gelb
  • 3 verschiedene und erkennbare/Lebensmittel Aromen/ätherische Öle (zum Beispiel Vanille, Mandel, Zitrone)
  • Pinsel
  • PlastikBecher und Löffel
  • Blatt Papier (ca. 20)
  • Papiertücher
  • Wäscherklammern, Schnur und Klebeband zum Aufhängen
  • Druck einer Spiralgalaxie (link für Download)
  • 6 Luftballons
  • 6 Kartonschachtel
  • Schere
  • 1 Nadel

Vorbereitung der Aktivität

1. Jedem Duft eine Farbe zuordnen (zum Beispiel blau-Vanille, rot-Mandel, gelb-Zitrone) und jede Flasche mit Papier der zugehörigen Farbe bedecken.

2. Bereiten Sie 10 färbige Blätter auf einer Seite so vor:

    • 1 Blatt leer gelssaen, ohne Farben
    • 1 Blatt gelb
    • 1 Blatt balu
    • 1 Blatt rot
    • 1 Blatt gelb und, nach dem Trocknen, eine Schicht rot einfügen, so dass man nicht das Gelb darunter sieht
    • 1 Blatt gelb und, nach dem Trocknen, eine Schicht rot einfügen, so dass man nicht das Gelb darunter sieht
    • 1 Blatt grün, durch Kombination von blau und gelb
    • 1 Blatt orange, durch Verbindung von rot und gelb
    • 1 Blatt violett, durch Kombination von blau und rot
    • 1 Blatt braun, durch Vermischen von rot, blau und gelb.

3. Bunte Blätter mit Klammern an die gespannte Schnur hängen, so dass die weisse Seite der Gruppe zugewandt ist. Aromen der verwendeten Farben auf diese Seite sprühen (auf das weisse Blatt nichts sprühen).

4. Nei bicchieri di plastica, mischiare un po’ di tempera con il relativo profumo secondo l’associazione scelta nel punto 1 (ad esempio blu-vaniglia, rosso-mandorla, giallo-limone). Il numero di gocce di aroma da aggiungere dipende dalla loro intensità, che può variare a seconda del tipo e della marca. Si consigliano comunque 4-8 gocce per un quarto di bicchiere.
Die Mischung muss ständig gerührt werden, damit sie sich nicht absetzt und trocknet. Ausserdem, um nicht zu viele Farbe zu verwenden, den Teilnehmer befohlen wird, eine kleine Menge mit Plastik-Löffel zu geben (je eine Farbe, um Vereinigungen zu vermeiden).

5. Vorbereiten Sie die Zeichnung einer Spiralgalaxie, in der rot steht für Staub, gelb für Sterne unb blau für Gas. Es muss in Form und Grösse dem tatsächlichen Photo ähnlich sein. Beide Bilder sind zu bewahren und am Ende des Workshop verwendet werden.

6. Schneiden Sie 18 Papierstüche aus und malen Sie 6 blau, 6 gelb und 6 rot. Ordnen Sie diese auf einer Seite des Labortisches, wie in der Abbildung.

7. Am anderen Ende des Tisches die Malplätze vorbereiten, jeweils mit einem weissen Blatt, einem Pinsel, einer Plastikschale zum Mischen, ein Plastikbecher mit Wasser und Papiertücher zum Abtrocknen des Pinsels. Je nach Gruppergrösse, wird jeder Platz 1/2 Teilnehmern zugeteilt.

8. 6 Luftballons aufblasen, zwei sehr aufgepumpt, zwei halbaufgeblasene und zwei fast aufgebeulte. Jeden Ballon in eine Schachtel eingeben, bohren eines Lochs, damit man eine Hand hineinstecken und den Ballon berühren kan,, ohne ihn zu sehen. Die Schachtel werden in dem zweiten Teil des Labs verwendet.

Beschreibung der Aktivität

Erster Teil

1. Nach den gegenseitigen Präsentationen, bitten Sie die Gruppe um Definitionen von Unordnung. Zum Beispiel, Sie können sie dazu einladen, über den Zustand ihres Zimmer nachzudenken: dass heisst, der Unterschied zwischen Spielwaren, die an ihrem Platz liegen, und sie am Boden vestreut sind.

2. Sagen Sie dass Physiker normalerweise die Unordnung – namens Entropie – in vielerlei Hinsicht kompliziert messen. Sie werden heute Farben und Dufte verwenden, um sie zu räpresentieren .
Hinweis. Von nun an, den Begriff Entropie mehrmals im Verlauf der Aktivität wiederholen und wiederholen lassen, um sich mit diesem seltsamen Wort vertraut su machen.

3. Jetzt, lassen Sie ihen die Fläschchen riechen (der Name des Aroma ist nicht zu sehen, weil er mit farbigem Papier überdeckt ist ); lassen sie ihnen raten, welche Gerüchen mit welche Farben assoziiert werden.

4. Zeigen Sie die hängenden Blätter, und laden Sie jeden von ihnen zu nähern und riechen; fragen Sie, was sie empfinden. Wenn Sie die Antworte gesammelt haben, drehen Sie die Blätter und zeigen Sie die verschiedene Farben. Das weisse Blatt hat weniger Unordnung als die Primärfarben (und die entisprechenden Rauchen), die wiederum weniger Unordnung als vermischte farben haben volta, usw.
Achtung! Das blaue und rote Blatt verbergen die Farben darunter, aber der Grad der Unordnung ist trotzdem spürbar durch den Geruchsmix. Das gleiche passiert in der Forschung: manchmal, ist es nützlich und notwendig, verschiedene Werkzeuge zu verwenden, wie wir mi unseren Sinnen machen, um ein Phänomen besser zu verstehen.

5. Farbige Zettel auf dem Tisch zeigen: erklären, dass sie so platziert wurden, um einen möglichst geordneten Zustand darzustellen.
Gehen Sie dann zur anderen Ende des Tisches und Teilnehmer an Stationen setzen.

6. Sie bitten sie, eine beliebige Zeichnung zu machen, mit der einzigen Regel, dass es die grösstmögliche Unordnung sein muss. Geben Sie etwa 10 Minuten für diese Phase.

7. Fertiggestellte Zeichnungen, studieren Sie nacheinander mit den Teilnehmer, und bitten, den Grad der Störung in jedem von ihnen zu bewerten. Einige haben di Farben gemischt, und andere nicht, dann haben sie mehr oder weniger hohe Unordnungsgrade.

8. Nach der Diskussion darüber eine unordentliche Zeichnung zu machen, Blätter und Wasser in den Gläern ersetzen und bitten ihnen, eine andere Zeichnung zu machen. Dieses Mal, sollte die Zeichnung so wenig Unordnung wie möglich haben. Immer 10 Minuten warten, un dann das Durcheinander auswerten. Darauf hinweisen, dass die Unordnung in den einzelnen Zeichnungen geringer ist: das Wasser hat sich in den Gläsern trotzdem mit der Farbe gemisch. Es zeigt dass dies ein unvermeidlicher und unumkehrbahrer Prozess ist. Um die Diskussion zu verstärken, können Sie die Teilnehmer fragen ob, die grüne Farbe gemischt, kann es wieder blau und gelb sein.

9. Schließen Sie mit dem “seltsamen Wort, das Sie am Anfang verwendet haben, Entropie”, eine physische Grösse, die uns hilft zu verstehen, in welche Richtung die Zeit fließt. In der Tat, da wir die Farben nicht in den ursprünglichen Zustand zurückbringen, gibt es nu reine Zeitrichtung, in der die Ereignissen stattgefunden haben: Blau und Gelb zuerst, un dann Grün: das Gegenteil kann nicht passieren.

10. Es kann sein, dass einige Teilnehmer merken, dass sie das Blatt leer lassen konnten (wenn niemand fragt, bitte darauf hinweisen). Bitte beachten Sie die Hinweise auf die Zettel unter Punkt 6 der Zubereitung, die, aufgrund der Winde, Erschütterungen am Tisch, usw., haben sich geschoben und vermengt. Die Teilnehmer fragen, was ihrer Meinung nach passiert ist; hinweisen Sie darauf, dass es schon eine Weile ist, seit sie zulezt beobachtet wurde, am Anfang des Labors. Fragen SIe: “Wenn wir sie gleich wieder sehen, sind sie dann in Ordnung?” Natürlich nicht, sie werden sogar unordentlicher. Je mehr Zeit vergeht, desto unordentlicher wird es. Also, auch wenn wir nichts machen (das Blatt leer lassen), neigt das Universum selbst zur Unordnung.

11. Zeigen SIe nun die Zeichnung der Galaxie, die in Schritt 5 der Vorbereitungasphase erreicht wurde. Erzählen Sie, dass das Universum über Gaz, Sterne und Staub verfügt, sowie die Teilnehmer drei Farben zür Verfügung hatten, und mischt sie, um diese schöne Strukturen zu bilden, die aber caotischer sind. Zeigen Sie auch das Originalbild zum Vergleich.
Deshalb, wenn die Eltern das nächste Mal sagen, sie den Raum aufräumen sollen, kann man antworten: “Es ist keine Unordnung, es ist Entropie! Auch das Universum tut es!”.

Zweiter Teil

12. Wenn noch Zeit ist, nehmen Sie die Ballonboxe und richten diese wie in Figur, das haisst in zwei Reihen, so dass es in einem, vom links zur rechts, ein aufgeblasener Ballon, ein halfgeblasener Ballon und ein nich geblasenere Ballon. Auf den anderen Reihe ist die Situation umgekehrt, mit einem aufgeblasenen Ballon vor einem nicht geblasenen. Achtung: das Bild zeigt die Luftballons als Beispiel; es wird empfohlen, sie in der gleichen Schachtel aufzubewahren, wie unter Punkt 8 der Veorbereitungsphase erläutert.

 

 

13. Bitten zwei Teilnehmer, sich vor den beiden Reihen von Schachtel zu positionieren; bitten sie die Hand einzulegen, und bescrheiben, was sie fühlen. Vorgang für alle drei Boxen der Reihe wiederholen. Hilfen Sie ihnen mit Hinweisen, zum Beispiel bitten sie zu die Luftmenge zu bemerken, die sie enthalten. Vielleicht hat ein Teilnehmer zuerst den aufgeblasenen Ballon gespürt, hate in enderer zuerst den nicht aufgeblasenen Baloon gefühlt.
Jeder Weg stellt die Entwicklung des Ballons im Laufe der Zeit dar, und beide Wese sind möglich. Wir können sowohl den Ballon haben, der sich aufbläst wenn wir hineinblasen, als auch den Ballon, der sich mit der Zeit entleert.

14. Nun einen der aufgeblasenen Ballons herausziehen, sprengen Sie ihn mit der Nadel, und fragen die Gruppe an welchen Ende des Tisches es gelegt warden muß. Sie sollten antworten, dass es nach dem aufgeblasenen Ballon soll. Dadurch wird eine Seite der Zeitlinie identifiziert, die niicht durchfahren werden kann, weil der geplatzte Ballon nicht mehr zurückkommt. Die Teilnehmer sollen an anderen alltägliche Situationen denken, die uns helfen können, die Richtung der Zeit zu bestimmen, zum Beispiel: das Ei, das zerbricht, … Das Konzept der Zeit als Richtung, in der die Entropie immer zunimmt klarstellen. Die Aktivität kann in beiden Teilen an die Neigungen der Teilnehmer angepasst werden: wenn die Gruppe nicht gerne malt oder sehr schnell Zeichnungen macht, den Ballonteil starker ins Blickfield rücken. Aber, wenn sie lieber malen, kann man den Teil mit den Ballons überspringen und eine dritte Zeichnung nach Belieben verlangen.

Erklärung des physikalischen Prozesses

Die Entropie ist das Mass der “Unordnung” eines Objektes oder eines physikalischen Prozesses, das heißt der Zufälligkeit, mit der die beteiligte Atome verteilt warden können. Dies entspricht die Anzahl der möglichen Konfigurationen. Es kann auch nach dem zweiten Prinzip der Thermodynamik interpretiert werden, wie die Systemenergie, die nicht in Arbeit umgewandelt werden kann.
Ein System ist in Gleichgewicht, wenn die Entropie maximal ist, daher neigt sie immer dazu, zu erhöhen. Auch dan, wenn ein bestimtes Phänomen eine negative Entropieänderung zu zeigen scheint (hat daher am Ende des prozesses eine geringere Entropie als am Anfang, zum Beispiel, Wasser, das zu Eis wird), handelt es sich immer um nicht isolierte Systeme, während die gesammte Entropie des Universums immer weiter zunimmt.
Die Definition von “Zeit” ist eng mit Entropie verbunden: Die Richtung oder Pfeil der Zeit wird durch die Richtung definiert, in der die Entropie zunimmt. Dies wird besonders deutlich, wenn man die unumkehrbaren Wandlungen beobachtet: zum Beispiel, man kann nicht ein gebrochenes Eis zusammensetzn, oder das mit den Härchen gemischte Wasser trennen. Auch umkehrbare Wandlungen, wie verstreute Blätter wieder anordnen, erförden Arbeit und führen somit zu einer Erhöhung der Entropie. In der Tat, gibt es bei jeder Umwandlung immer eine Menge an Energie, die in Wärme umgewandelt wird, und wechselt dann von einem wärmer zu einem kühleren Körper, mit Einstieg der Entropie.