Четврти задатак за гимназијалце другог и трећег разреда: Хоћу да применим оно што сам научио

 ЗАДАТАК ЗА ГИМНАЗИЈАЛЦЕ

Рок за слање је  05.02.2023.

goga@festivalnauke.in.rs

Колико енергије се складишти у различитим врстама хране?

 

Енергија која омогућава рад мозга и тела потиче из хране коју једемо. Систем за варење и ћелије у телу разграђују храну и постепено сагоревају настале молекуле у низу хемијских реакција како би ослободили енергију коју  ћелије могу да користе и складиште.

Твој задатак је да измериш калоријску вредност (енергију по граму) за различите узорке хране.

Изабери неколико узорака хране (најмање три) за које ћеш испитати калоријску вредност.

Постави хипотезу:

Који од твојих узорака  складишти највише енергије? Зашто?

Поступак:

Да би измерио хемијску енергију ускладиштену у храни, сагорећеш храну много брже него што то чине ћелије у нашем телу. Да би то урадило, користићеш домаћи калориметар којим  ћеш измерити топлоту која се ослобађа сагоревањем хране.

Калориметри које користе научници направљени су тако да омогућавају да  се сва енергија ослобођена током хемијске реакције (попут сагоревања хране) преда води. Ваша домаћа верзија неће достићи исту ефикасност, само део енергије ускладиштене у храни биће претворен у енергију коју ће примити вода у вашем калориметру. Део енергије ће се бити изгубљен (на пример на загревање околног ваздуха уместо воде). И ефикасност од 0,5 (50%) је прихватљива за домаћи калориметар. Чак и уз овако ниску ефикасност, овај пројекат ће омогућити да рангирате различите врсте хране од калоричније до мање калоричне.

Материјал

За прављење калориметра потребно је:

1.     Велика лимена конзерва, без поклопца и без дна

2.     Мала лимена конзерва, без поклопца

3.     Дрвени (метални) штап

4.     Плутани чеп за флашу

5.     Посуда од алуминијумске фолије или тепсија

6.     Игле за шивење

7.     Жица

8.     Мензура, 250 ml

9.     Потапајући термометар

10.  Заштитне наочаре (по потреби)

 

Још је потребно: вода (пожељно дестилована), дуге шибице или вишенаменски упаљач, дигитална вага, намирнице које треба тестирати (суви производи са релативно високим садржајем уља и ваздухом заробљеним у њима ће генерално су добар избор), на пример: индијски ораси, кикирики или други цели ораси, комади кокица, пенасте бонбоне, крутони, сува храна за кућне љубимце, кроасан… папирни убруси, калкулатор

Изабери две лименке које се угнезде једна у другу. Мања конзерва мора да стоји довољно високо да испод ње можеш да ставиш чеп, иглу и храну. Користи отварач за конзерве да уклониш дно из веће конзерве, тако да имаш цилиндар који је отворен на оба краја. Ако овај цилиндар изнутра није алуминијумски, прекриј његову унутрашњост алуминијумском фолијом. Направит рупе око једне ивице тог цилиндра. Рупе треба да буду на удаљености од око 4-5 cm. Рупе су ту да омогуће ваздуху да уђе и омогући горење. Пробуши рупе на супротним странама мање конзерве, око 1–4 cm од врха (отворени крај). Ове рупе ће се користити за причвршћивање носача.

Направи калориметар на следећи начин:

1.     Постави алуминијумску посуду (тепсију) на површину отпорну на топлоту.

2.     Стави чеп са иглама које вире у средину тепсије.

3.     Стави већу конзерву преко плуте на тепсију.

4.     Окачи мању конзерву у велики цилиндар.

 

 

У мању конзерву сипај воду која ће се загревати сагоревањем узорака хране. Користи мензуру како би  измерио запремину воде (отприлике до пола). Забележи ову вредност (изражену у милилитрима).

Маса воде која се користи у твом калориметру није наведена у табели. Саветујемо да она буде исти за сва мерења.

 

Енергију коју је примила вода израчунаћеш по формули:

Q = m c (t₂­ - t₁)

Q - енергија у облику топлоте коју је примила вода, изражена у калоријама (cal);

m – маса воде изражена у g

c - специфични топлотни капацитет воде, који износи 1 cal/g °C (1 калорија по граму по степену Целзијуса)

( t₂ - t₁ ) промена температуре, (коначна температура воде минус почетна температура воде), изражена у степенима Целзијуса (°C).

Енергија коју је примила  вода одговара енергији која је ослобођена сагоревањем хране.

 

Мерење

Изаберите намирницаме које желиш да проучаваш (најмање три). За сваку изврши по три мерења како би обезбедио поуздане резултате.

Нека ти делови калориметра буду при руци и спремни за употребу.

1.     Измери масу намирнице (m₁)

2.     Набоди храну на игле. Увери се да се си је поставио исправно, као што је приказано на слици

3.     Сипајт воду у малу конзерву и измерит почетну температуру (t₁).

4.     Стави чеп са већ постављеном храном у средину алуминијумске тепсије и запали храну дугим шибицама.

5.     Када се храна запали, стави велику конзерву око чепа, а затим пажљиво стави мању конзерву изнад пламена.

6.     Сачекај да намирница изгори.

7.     Након што храна престане да гори, пажљиво промешајте воду и измерите коначну температуру (t₂).

8.     Када се изгорела храна охлади, пажљиво је скини са игала и измери масу остатка (m₂)

9.     Израчунај масу намирнице која је изгорела Δm = m₁ - m₂

10.  За свако мерење израчунај количину топлоте коју је примила вода (енергија која је ослобођена сагоревањем укупне количине изабране хране)

11.  Израчунај енергију по јединици масе ослобођене за сваку поједину храну за сва три испитивања

12.  Израчунај средњу енергију по јединици масе ослобођене за сваку поједину храну за сва три испитивања и упишите своје вредности у последњу колону табеле са подацима.

13.  Направи графикон, наводећи намирнице на x-оси и калоријски садржај 1 g хране на y-оси. Не заборави да обележиш осе и означиш јединице мере на графикону.

 

Напомена: Након што си употребио свој калориметар, потребно је да се вода и лименка охладе.

 

Храна	брм	маса:  m1 (g)	маса  m2 (g)	Температура воде:  t1 (°C)	Температура воде:  t2 (°C)	Q (Cal)	Q/Δm  (Cal/g)	Средња вредност Q/Δm  (Cal/g)
Узорак 1	1
	2
	3
Узорак 2	1
	2
	3
Узорак 3	1
	2
	3

Уравнотежена исхрана је веома значајна за добро здравље. Овај пројекат ће ти дати прилику да сазнате колико енергије твоје ћелије могу да извуку из различитих врста хране. Референтни ниво за нормалну исхрану је 2.000 калорија на дан.

Важно је запамтити да је енергија само једна од нутритивне вредности хране. Док радиш своје позадинско истраживање на овом пројекту, покушај да сазнаш и о другим критеријумима уравнотежене исхране поред енергије.

Које су основне хемијске структуре масти, шећера и протеина?

Како се ове врсте молекула разликују у количини енергије коју садрже?

Да ли је количина калорија коју сте измерили већа или мања од праве вредности за сваку храну? Зашто? Потражи калоријски садржај својих намирница по граму хране. Да ли ово потврђује твоју хипотезу?

Шта се подразумева под "уравнотеженом" исхраном? Зашто је важно да исхрана буде „уравнотежена“ ?

Састави јеловник који би задовољио наведени износ калорија за један дан трудећи се да обезбедиш уравнотежену исхрану.

 

 

 

Безбедносна напомена:

Потребан је надзор одраслих! Постоји опасност од пожара. Уверите се да радите на незапаљивој површини. Држите дугу косу везану. Пажљиво рукујте предметима коришћеним у овом експерименту јер могу бити врући! Носите заштитне наочаре.

Извор: Science Buddies