Изгарящи калории: Колко енергия се съхранява в различни видове храни?

Резюме

Обективен

Целта на този научен проект е да се определи кои хранителни продукти съхраняват повече химическа енергия; ще определите това чрез изгаряне на предметите и улавяне на отдадената топлина в домашен калориметър.

Споделете историята си с Science Buddies!

Планирате ли да направите проект от Science Buddies?

Върнете се и ни разкажете за вашия проект, като използвате връзката „Аз направих този проект“ за избрания от вас проект.

Ще намерите връзка към „Аз направих този проект“ във всеки проект на уебсайта на Science Buddies, така че не забравяйте да споделите историята си!

Кредити

Андрю Олсън, д-р и Сабин Де Брабандере, д-р научни приятели

Източници

• Отдел по биология на USC, 2004. Изгарящи калории: Енергията в храната. Отдел по биология, Университет на Южна Калифорния. Изчерпан.
• Гарднър, Р., 1999. Научни проекти за кухненската химия. Бъркли Хайтс, Ню Джърси: Enslow Publishers, 40-42.

Cheerios® е регистрирана търговска марка на General Mills.

Посочете тази страница

MLA стил

APA стил

Дата на последна редакция: 2020-11-20

Въведение

Знаете, че енергията, която поддържа мозъка и тялото ви, идва от храната, която ядете. Вашата храносмилателна система и клетките в тялото ви разграждат храната и постепенно окисляват получените молекули в поредица от химични реакции, за да освободят енергия, която клетките ви могат да използват и съхраняват.

В този проект ще научите метод за измерване на това колко химическа енергия се съхранява в различни видове храни и ще изразите резултата си в Калории (обърнете внимание на главното „С“), тъй като това е единицата енергия, широко използвана за количествено определяне на енергията на храната. За да измервате химическата енергия, съхранявана в храната, ще го направите окисляват храната много по-бързо, отколкото клетките в тялото ни, като я изгарят на въздух. За да направите това, ще използвате самоделен болонен калориметър, който улавя и измерва топлина —Енергийният поток, свързан с разликите в температурата — отделя се при изгаряне на храна. Основната идея на a калориметър е да се освободи цялата съхранена енергия наведнъж и да се улови цялата отделена топлина с резервоар с вода. Измерването на температурата на водата в началото и в края на пробата ще ви позволи да изчислите енергията, вложена за загряване на водата. Тъй като цялата тази енергия идва от химичната реакция, изчислението ще разкрие действителното количество енергия, отделено по време на реакцията, или енергията, първоначално съхранявана в храната. Това обаче е вярно само ако всичко освободената по време на реакцията енергия се използва за нагряване на водата и никоя от нея не се „губи“.

Бомбените калориметри, които се използват от учените, са направени така, че практически всичко от енергията, отделена по време на химичната реакция (като изгаряне на храна), се улавя от водата. Вашата домашна версия няма да достигне същото ефективност за улавяне на отделената топлина при изгаряне на храната; с други думи, само част от енергията, съхранявана в храната, ще бъде преобразувана в енергия, уловена във водата и измерена от вашия калориметър. Например, част от енергията може да отиде за загряване на околния въздух вместо водата. Дори улавянето на половината от освободената енергия (ефективност от 0,5) е приемливо за домашен калориметър, тъй като е много трудно да се прехвърли цялата химическа енергия, съхранявана в храната и отделена по време на окислението във водата в калориметъра. Дори и с ниска ефективност, този проект ще ви позволи да класирате различни видове храни от по-калорични към по-малко калорични и ще ви позволи да предскажете с разумна точност съотношението на калоричното съдържание на различните видове храни.

Сега нека видим как да изчислим енергията, съхранявана във водата за измерено повишаване на температурата (в ° C). Температурната разлика по масата на водата (в грамове) ще ви даде количеството енергия, уловено от калориметъра, в калории, единица химическа енергия. Можем да напишем това под формата на уравнение:

• Qwater е енергията под формата на топлина, уловена от водата, изразена в калории (кал);
• mwater е масата на водата, изразена в грамове (g);
• ° С е специфичен топлинен капацитет вода, което е 1 кал/(g ° C) (1 калория на грам на градус по Целзий); и
• (Tf - Ti) е промяната в температурата или крайната температура на водата минус началната температура на водата, изразена в градуси по Целзий (° C).

Единицата калории (кал) (малка буква "c") се определя от топлинния капацитет на водата. Една калория е количеството енергия, което ще повиши температурата на 1 g вода с 1 ° C. Когато говорим за хранителна енергия, използваме и думата Калория (Cal) (забележете главни букви „C“), но това е различна единица. Това е количеството енергия, необходимо за повишаване на температурата от 1 килограм (кг) (което се равнява на 1000 г) вода с 1 ° С. Така че една калория (съкратено 1 кал) е същата като 1000 калории, наричана още 1 кило калории (kcal). В този проект, за хранителните калории, ще внимаваме винаги да използваме главни букви „С“. Можете ли да проверите дали специфичният топлинен капацитет на водата е равен на 0,001 Cal/(g ° C)?

Сега ще работим чрез пример, за да се уверим, че уравнението е ясно. (Ще използваме измислени числа за примера; ще трябва да направите проекта сами, за да получите действителни измервания.) Нека кажем, че започваме със 100 милилитра (ml) вода в калориметъра. Тъй като 1 ml вода има маса точно 1 g, тази вода ще има маса 100 g (mwater = 100 g). Началната температура на водата е 20 ° C. След като изгорим малко парче храна, отново измерваме температурата на водата и установяваме, че крайната температура е 24 ° C. Сега разполагаме с цялата информация, от която се нуждаем, за да изчислим количеството топлина, уловено от калориметъра:

Можете ли да разберете защо специфичният топлинен капацитет на водата има толкова странни единици (кал/(g ° C))? Забележете, че грамовете (g) от масата на водата и градусите по Целзий (° C) от промяната на температурата се отменят с грамовете (g) и градуса по Целзий (° C) в знаменателя на мерните единици за специфична топлина . По този начин ви остават единици калории, мярка за енергия, което искате.

Храненето на балансирана диета е от основно значение за доброто здраве. Този проект ще ви даде шанс да научите колко енергия могат да извлекат клетките ви от различни видове храни. Важно е обаче да запомните, че енергията е само една мярка за хранителна стойност. Докато правите основното си проучване по този проект, опитайте се да научите и за други мерки за балансирана диета в допълнение към хранителната енергия.

Условия и концепции

За да направите този проект, трябва да направите проучване, което ви позволява да разберете следните термини и понятия:

• Калория (кал.)
• Окисление
• Калориметър
• Ефективност
• Килокалория (kcal) и калория (cal)

• Biotype Diets System® Кръвни групи и хранителни алергии Journal of Nutritional & Environmental
• Раждане до 4 месеца Бебешка храна Колко да се храни
• 6 домашни енергийни напитки за освежаване след тренировка - NDTV Food
• Попитайте експертите Енергийни напитки - Ръководство за здравословна храна
• 6 вида храни и напитки за увеличаване на либидото Ръководство