Kalóriák égetése: Mennyi energiát tárolnak a különböző típusú élelmiszerek?

Tudományterületek	Főzés és élelmiszer-tudomány Egészséges életmód
Nehézség
A szükséges idő	Rövid (2-5 nap)
Előfeltételek	A kémiai reakciók alapvető ismerete hasznos
Anyagok rendelkezésre állása	A projekt készlete elérhető a Home Science Tools partnerünktől.
Költség	Átlagos (40–80 USD)
Biztonság	Tűzveszély: Felnőttek felügyelete szükséges az élelmiszerek elégetéséhez.

Absztrakt

Célkitűzés

A tudományos projekt célja annak meghatározása, hogy mely élelmiszerek tárolnak több kémiai energiát; ezt úgy fogja meghatározni, hogy megégeti a tárgyakat, és megadja a leadott hőt egy házi készítésű kaloriméterben.

Ossza meg történetét a Science Barátokkal!

Tervezel egy Science Barátok projektjét?

Térjen vissza, és mondja el nekünk a projektjét a kiválasztott projekt „Megcsináltam” linkjével.

A Science Buddies webhely minden projektjén talál egy linket az „Én csináltam ezt a projektet” linkre, ezért ne felejtse el megosztani történetét!

Hitelek

Andrew Olson, Ph.D. és Sabine De Brabandere Ph.D., Science Buddies

Források

USC Biológiai Tanszék, 2004. Kalóriák égetése: Az energia az élelmiszerekben. Biológiai Tanszék, University of Southern California. Elfogyott.
Gardner, R., 1999. Tudományos projektek a konyhakémiáról. Berkeley Heights, NJ: Enslow Publishers, 40–42.

A Cheerios® a General Mills bejegyzett védjegye.

Idézd ezt az oldalt

MLA stílus

APA stílus

Utolsó szerkesztés dátuma: 2020-11-20

Bevezetés

Tudja, hogy az agyat és a testet megőrző energia az elfogyasztott ételből származik. Emésztőrendszere és a test sejtjei lebontják az ételt és fokozatosan oxidálják a keletkező molekulákat kémiai reakciók sorozatában, hogy felszabadítsák az energiát, amelyet sejtjei felhasználhatnak és tárolhatnak.

Ebben a projektben megismerhet egy módszert annak mérésére, hogy mennyi kémiai energia van tárolva a különböző típusú élelmiszerekben, és kifejezi az eredményét Kalóriák (vegye figyelembe a "C" nagybetűt), mivel ez az energiaegység, amelyet széles körben használnak az élelmiszer-energia számszerűsítésére. Az élelmiszerekben tárolt kémiai energia méréséhez megteszi oxidálódik az ételt sokkal gyorsabban, mint a testünk sejtjei a levegőben égetve. Ehhez házi készítésű bombaborimétert használ, amely rögzíti és megméri a hő - a hőmérséklet különbségekkel járó energiaáramlás - az élelmiszer elégetésével szabadul fel. Az alapgondolat a hőmennyiségmérő az, hogy az összes tárolt energiát egyszerre szabadítsa fel, és az összes felszabadult hőt víztartállyal rögzítse. A víz hőmérsékletének mérése a próba elején és végén lehetővé teszi a víz felmelegítéséhez felhasznált energia kiszámítását. Mivel mindez az energia a kémiai reakcióból származik, a számítás feltárja a reakció során felszabaduló energia tényleges mennyiségét, vagy az eredetileg az ételben tárolt energiát. Ez azonban csak akkor igaz összes a reakció során felszabaduló energiát a víz felmelegítésére használják fel, és egyik sem „veszik el”.

A tudósok által használt bombaborimétereket olyan módon készítik, hogy gyakorlatilag összes a kémiai reakció során felszabaduló energia mennyiségét (mint például az élelmiszerek elégetése) a víz rögzíti. Házi változata nem éri el ugyanezt hatékonyság megfogni az étel elégetése közben felszabaduló hőt; más szavakkal, az élelmiszerekben tárolt energia csak egy része alakul át a vízben megfogott energiává, amelyet az Ön kalorimétere mér. Például az energia egy része a víz helyett a környező levegő felmelegítésére mehet. A felszabadított energia felének (0,5-ös hatékonyság) elkapása is elfogadható egy házi készítésű kaloriméter esetében, mivel nagyon nehéz az élelmiszerekben tárolt és az oxidáció során felszabaduló kémiai energiát a kaloriméter vízébe átvinni. Alacsony hatékonyság mellett is ez a projekt lehetővé teszi a különféle élelmiszerek rangsorolását a kalóriatól a kevésbé kalóriaként, és lehetővé teszi, hogy ésszerű pontossággal megjósolja a különböző típusú élelmiszerek kalóriatartalmának arányát.

Most nézzük meg, hogyan lehet kiszámítani a vízben tárolt energiát a hőmérséklet mért emelkedéséhez (° C-ban). A hőmérséklet különbsége és a víz tömegének szorzata (grammban) megadja a kaloriméter által lefoglalt energia mennyiségét, kalória, kémiai energia egysége. Írhatjuk ezt egyenlet formájában:

Qwater a víz által megfogott hő formájában megjelenő energia, kalóriában kifejezve (cal);
mwater a víz tömege grammban (g) kifejezve;
c az a fajlagos hőkapacitás víz, amely 1 cal/(g ° C) (1 kalória/gramm/Celsius-fok); és
(Tf - Ti) a hőmérsékletváltozás vagy a víz végső hőmérséklete mínusz a víz kezdeti hőmérséklete, Celsius-fokban (° C) kifejezve.

Az egység kalória (cal) (a "c" kisbetűket) a víz hőteljesítménye határozza meg. Az egyik kalória az az energiamennyiség, amely 1 g víz hőmérsékletét 1 ° C-kal megemeli. Ha élelmiszer-energiáról beszélünk, akkor a Kalória (Cal) szót is használjuk (vegye figyelembe a "C" nagybetűket), de ez más egység. Ez az az energiamennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy 1 kg (kg) (ami 1000 g-nak felel meg) víz hőmérsékletét 1 ° C-kal megemelje. Tehát egy kalória (rövidítve: 1 Cal) megegyezik 1000 kalóriával, más néven 1 kiló kalória (kcal). Ebben a projektben az élelmiszer-kalóriák esetében mindig ügyelni fogunk arra, hogy nagybetűs "C" -t használjunk. Meg tudja igazolni, hogy a víz fajlagos hőteljesítménye 0,001 Cal/(g ° C)?

Most egy példát dolgozunk ki annak biztosítására, hogy az egyenlet világos legyen. (Például elkészített számokat fogunk használni; a tényleges mérésekhez saját magának kell elvégeznie a projektet.) Mondjuk tehát, hogy 100 milliliter (ml) vízzel indulunk a kaloriméterben. Mivel 1 ml víz tömege pontosan 1 g, ennek a víznek a tömege 100 g (mwater = 100 g). A víz kezdeti hőmérséklete 20 ° C. Egy kis darab élelmiszer elégetése után ismét megmérjük a víz hőmérsékletét, és megállapítjuk, hogy a végső hőmérséklet 24 ° C. Most minden információval rendelkezünk, amely a kaloriméter által elnyelt hőmennyiség kiszámításához szükséges:

Látja, miért van ilyen furcsa egysége a víz fajlagos hőkapacitásának (cal/(g ° C))? Figyeljük meg, hogy a víz tömegéből származó gramm (g) és a hőmérséklet változásából származó Celsius fok (° C) a gramm (g) és a Celsius fok (° C) értékekkel törlődik a fajlagos hő egységeinek nevezőjében . Így marad a kalóriaegység, az energia mértéke, amit akarsz.

A kiegyensúlyozott étrend elengedhetetlen a jó egészséghez. Ez a projekt lehetőséget ad arra, hogy megismerje, mennyi energiát tudnak kinyerni a sejtjei a különböző típusú élelmiszerekből. Fontos azonban megjegyezni, hogy az energia csak a tápérték egyik mércéje. Amíg háttérkutatást végez a projekt kapcsán, próbáljon megismerni a kiegyensúlyozott étrend egyéb intézkedéseit az élelmiszer-energia mellett.

Feltételek és fogalmak

A projekt elvégzéséhez kutatást kell végeznie, amely lehetővé teszi a következő kifejezések és fogalmak megértését:

Kalória (Cal)
Oxidáció
Hőmennyiségmérő
Hatékonyság
Kilokalória (kcal) és kalória (kalória)