Public

Elevii de liceu (10 - 12)

Interval de timp

Configurare: 5 minute

Activitate: 40 de minute

Curățare: 5 minute

Standard și educațional expectativ

Standard: Energie și interacțiuni

Așteptător: Q.CF1- Materia și interacțiunile lor: conversia energiei și a masei

Indicatori: ES.Q.CF1.IE. 4, 14 și 10

După finalizarea activității, elevii vor putea:

  1. Acesta explică diferitele tipuri de alimente care sunt capabile să genereze căldură și energie.
  2. Analizați diferitele tipuri de materiale din care sunt fabricate alimentele.
  3. Cuantificați cantitatea de energie chimică stocată în diferite tipuri de alimente (e.i. proteine, carbohidrați, grăsimi).
  4. Acesta explică efectul mărimii cutiei și relația cantității de apă din cutie.

Vocabular și definiții:

  • Căldură
  • Energie
  • Temperatura
  • Calorimetrie/Termodinamică
  • Calorii
  • Proteine
  • Glucidele
  • Grăsimi

Context științific

Arderea este procesul prin care un material (de obicei ceea ce se numește în mod obișnuit combustibil) este transformat, rezultând eliberarea de căldură. Componentele alimentelor (adică proteine, carbohidrați, grăsimi) pot fi arse pentru a determina cantitatea de energie stocată în interior. Energia din alimente este dobândită de organism după ce alimentele sunt digerate și absorbite. Pentru a obține această valoare experimental este nevoie de un calorimetru. Principiul de bază al calorimetrului este de a utiliza energia eliberată de alimentele selectate în timpul arderii pentru a încălzi apa care este conținută într-o cutie de conserve. Principiul fundamental este că energia eliberată ca căldură de alimente este complet absorbită de apă. Acest lucru este adevărat, deoarece LEGEA CONSERVĂRII MASEI ȘI ENERGIEI trebuie să fie îndeplinită. Relația matematică utilizată pentru a calcula cantitatea de căldură absorbită de apă este

Qwater = mwater Cp (Tf - Ti)

Qwater este căldura absorbită de apă (în calorii)

Mwater = este masa de apă din cutie (poate fi calculată folosind densitatea apei (1g/ml)

Cp este capacitatea de căldură a apei (1cal/g C)

Tf este temperatura finală a apei

Ti este temperatura inițială a apei

Spuneți că ați folosit 50 mL de apă și că temperatura inițială a fost de 23 oC și temperatura finală a fost de 25 oC.

Știind că densitatea apei este de 1g/ml la 25 oC, de aceea avem 50g de apă.

QW = 50g (1 cal/g oC) (25-23) oC

Amintiți-vă, ceea ce vedeți în etichetele alimentelor este Calorie (echivalentul kcal sau 1000 cal). Prin urmare, dacă măsurați greutatea a ceea ce ați ars (înainte de a o arde) puteți calcula cantitatea de căldură generată de orice cantitate de greutate a alimentelor și apoi comparați cu ceea ce spune eticheta.

De exemplu, spuneți că bucata de mâncare cântărea 50mg.

aceasta înseamnă că aveți 2Cal/g. Pentru o porție de 100g, atunci aveți 200 Cal.

  1. Dimensiunea comercială poate alimentele goale.
  2. Cutie mică de mâncare goală (

10 oz) (O cutie de lapte evaporat va face).

  • O rolă de bandă dublă transparentă sau adeziv spray.
  • 1 sac de bile de bumbac
  • 1 cutie rola de bandaj din bumbac
  • 1 rulou de bandă de rață
  • 1 pahar sau tijă kabob
  • 1 dop de vin
  • 1 pin
  • 1 rolă de bandă dublă sau adeziv spray
  • 1 termometru pentru alimente
  • Echilibru (un echilibru alimentar poate face)
  • Cilindru gradat
  • Chibrituri, mai ușoare
  • Apa distilata

    • educație

    figura 1. Aranjament calorimetric.

    Depanare

    -Calculele nu sunt în conformitate cu ceea ce spune eticheta

    Analiza presupune că „toată” căldura evoluată este „absorbită” de apă. Prin urmare, pierderile de căldură trebuie să fie reduse la minimum prin:

    • izolarea cutiei exterioare (vezi mai sus în metode)
    • folosiți o cutie mică de metal în interior (nu folosiți pahar)
    • folosind apă distilată (capacitatea de căldură a apei a fost asumată și, prin urmare, orice impuritate din apa de la robinet va afecta măsurarea). Idealul ar fi să folosiți apă deionizată

    Asigurați-vă că mâncarea a fost complet consumată. Este în regulă ca la final să aveți un reziduu negru. Important este că, vizual, nu vedeți piese ne-arse. Dacă se întâmplă acest lucru, începeți din nou cu o piesă nouă. Poate încercați una care este mai mică.

    Dacă obțineți o supraestimare, este posibil ca termometrul să atingă metalul de la baza cutiei. Acest lucru va provoca potențial o supraestimare a temperaturii atinse de apă.

    -Mâncarea nu prinde foc

    Este normal ca unele alimente să ia foc mai ușor decât altele. Cu toate acestea, asigurați-vă că toate alimentele pe care le utilizați sunt uscate. Umiditatea poate îngreuna arderea. Există unele alimente care sunt destul de convenabile de utilizat. Câteva sugestii sunt:

    • Puffs de brânză
    • Cheetos
    • Porumbul apare
    • Nuci

    -Mâncarea se aprinde, dar se oprește repede după ce puneți cutia deasupra.

    Motivul cel mai probabil este că oxigenul este consumat și flacăra este lipsită de acesta. Asigurați-vă că recipientul nu este plat pe tejghea și că cutia mai mică nu este prea mare. Acesta este motivul pentru care cutia ar trebui să aibă găuri pe partea de jos.

    • Care sunt structurile chimice de bază ale grăsimilor, zaharurilor și proteinelor?
    • Aceste tipuri de molecule diferă în ceea ce privește cantitatea de energie pe care o conțin?
    • Dacă pentru cea mică putem folosi un pahar sau o fiolă din ceramică, credeți că veți obține rezultate similare?
    • Dacă arzi același aliment, dar folosind cantități diferite de apă, te aștepți ca rezultatul final să fie același?

    Resurse aditionale:

    • http://www.watchknow.org/Video.aspx?VideoID=17223
    • http://www.chemistryexplained.com/Ge-Hy/Heat.html
    • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html

    Cercetarea studenților

    Este posibil ca elevii să dorească să conecteze acest experiment la lumea reală prin experimentări suplimentare sau cercetări legate de alimente și conținutul lor caloric; nevoia de alimente bogate în calorii pentru sportivi și copii în curs de dezvoltare față de adulți; materiale pentru vehicule, inclusiv materiale utilizate la motoare, motoare etc. a disipa căldura; plăci de navetă spațială și așa mai departe. Studenții ar putea dori să producă un produs din rezultatele cercetării lor, cum ar fi o lucrare de cercetare tradițională, o recenzie a cercetărilor relevante, o prezentare PowerPoint sau să găsească videoclipuri adecvate sau să își facă propriile videoclipuri.

    1. Brosnan, revizuit de L. Padwa, C. Gorman, L. Giloni, E. Kannengieser Editat de Linda Padwa și David Hanson, (2006). Calorimetrie - Măsurarea energiei termice. Universitatea Stony Brook

    Atkins, P., de Paula, J. (1978/2010). Chimie Fizica, (prima ediție 1978), a noua ediție 2010, Oxford University Press, Oxford Marea Britanie.

    Kondepudi, D. (2008), Introducere în termodinamica modernă, Chichester Marea Britanie: Wiley, Lebon, G., Jou, D., Casas-Vázquez, J. (2008). Înțelegerea termodinamicii fără echilibru: fundamentele, aplicațiile, frontierele, Springer-Verlag, Berlin.

    Sizer, F și Whitney, E. 1997. Concepte și controverse nutriționale. A 7-a ed. Wadsworth: CA.

    Referințe electronice:

    Calorimetrie-echivalent apă Calorimetrie: vlab.amrita.edu/?sub=2&brch=190&sim…1 Theoryvlab.amrita.edu/?sub=2&brch=190&sim…

    Foaie de lucru pentru elevi pentru energia termică: calorimetrie alimentară

    Titlul experimentului: ________________________________ Data: ________ Nume: ____________________

    Dezvoltă un întrebare îndrumătoare sau întrebări pentru experimentul dvs.:

    1. Care sunt structurile chimice de bază ale grăsimilor, zaharurilor și proteinelor?
    2. Aceste tipuri de molecule diferă în ceea ce privește cantitatea de energie pe care o conțin?
    3. Dacă pentru cea mică putem folosi un pahar sau o fiolă din ceramică, credeți că veți obține rezultate similare?
    4. Dacă arzi același aliment, dar folosind cantități diferite de apă, te aștepți ca rezultatul final să fie același?
    5. Analizează eticheta de mai jos, care oferă o explicație simplă a acesteia folosind informațiile despre conceptele învățate în laborator.