Versenyosztály 02 Matematika, fizika Az ételek energiaértéke Középiskolai tevékenység Sivek Michal, sexta Gymnasium Ivana Bella L. Novomeského 15, Handlová Tanácsadó: Mgr. Zuzana Cernakova Handlova 2006
Tartalom 1 Bevezetés. 3 2 Kidolgozás. 4 2.1 Feldolgozási módszertan. 4 2.1.1 Kísérlet. 4 2.1.1.1 Eszközök. 4 2.1.1.2. Eljárás. 5 2.1.2 A SOČ létrehozása. 6 2.2 Elméleti háttér. 7 2.2.1 Az élelmiszerek energiatartalma. 7 2.2.2 Mi a biomassza. 8 2.3 Saját munka. 10 2.3.1 Kísérlet. 10 2.3.2 Felmérés. 12 2.4 Megoldás. 15 3 Következtetés. 17 4 Hivatkozások. 18 5 Függelékek. 19 2
2 Kidolgozás 2.1 Feldolgozási módszertan 2.1.1. Kísérlet 2.1.1.1. 2–4 literes segédeszközök, hőmérő, mérőhenger, egyenlő szárú mérleg, kémcső, parafadugó, alumíniumfólia (alumíniumfólia), szeg, nem éghető anyag, fémlemez ollók, minták (0,2 g; nem ajánlok nagyobb mennyiséget, hogy a csőben lévő víz ne kezdjen forrni): Dió Földimogyoró - földimogyoró Kókuszdió Napraforgómag Keksz karácsonyi (szárított) 4
2.1.1.2 Eljárás 1. Állítsa be a kannát fémlemez ollók segítségével (a 2.1a ábra szerint) úgy, hogy a szükséges levegőmennyiség elérje a mintát, és úgy, hogy nyílás alakuljon ki a cső számára, kellően szoros, hogy ne essen ki. Ezután készítsen mintatartót a parafából, az alufóliából (alufólia) és a körömből (a 2.1. B ábra szerint). 2. Öntsön 10 ml vizet a kémcsőbe mérőhenger segítségével. Hőmérővel mérjük a hőmérsékletét. Készítse elő és mérje le az előkészített mintát, és helyezze a tartó végére, amelyet a cső alá helyezünk. (A mintának nem szabad forrni a vizet) 3. Gyújtsa meg a mintát, és figyelje meg a hőmérők hőmérséklet-emelkedését, amíg a minta ki nem ég. Jegyezzük fel a kapott értéket, és mérjük meg a minta hamut. 4. A kapott információk alapján kiszámoljuk a minta elégetése során felszabaduló energiát, a fűtőértéket (a minta tömegére leadott hő) és a százalékos súlyveszteséget. A számításokat a táblázatban rögzítjük. ÁBRA. 2.1.a ábra 2.1.b 5.
2.1.2 A SOČ megalkotása Munkám során kísérletekkel és az abból származó eredményekkel szerettem volna megismertetni a fiatalokat és a nagyközönséget az ételek energiaértékével, és ezáltal növelni az emberek tudatosságát ezen a területen. A kísérlet módszertani leírásában főként saját tapasztalataimra támaszkodtam, de az Ecology in Science Subjects brosúrában megjelent cikkre is. Az elméleti részben az élelmiszerek energiaértékének és a biomassza meghatározásának módjaira összpontosítottam. Szakmai könyveket használtam (lásd a felhasznált irodalom felsorolását), amelyek alapján meghatároztam a használt alapfogalmakat. Miközben anyagokat szereztem az elméleti részhez, hiányos könyvekkel találkoztam a témában, ami kissé megnehezítette a munkámat. Saját munkám és megoldásom fejezeteiben logikusan az elvégzett kísérletre és az azt követő számításokra alapozom. Felhasználtam az általam végzett felmérést is. A felmérésre kiválasztott válaszadók életkora 13 és 52 év között mozgott. 6.
2.3 Saját munkám 2.3.1 Kísérlet A mérések alapján azt tapasztaltam, hogy a dió csövében lévő vízbe a súly szempontjából a legtöbb hő, 9,80 * 10 6 J/kg jutott. A kókuszdiót közvetlenül mögé helyezték, 8,63 * 106 J/kg értékkel. Ezeket a viszonylag magas eredményeket két kevésbé fűtött növény követi, nevezetesen a napraforgómag és a földimogyoró vagy a földimogyoró. Ezek 6,87 * 10 6 J/kg vízzel és csak 6,34 * 10 6 J/kg vízzel látták el a vizet. A vizsgált ételek összehasonlíthatatlanul kevesebb hőt vittek át a folyadékba, mégpedig karácsonykor 1,44 * 106 J/kg-ot, a keksz esetében pedig csak 0,439 * 106 J/kg-ot. faj Q1/m (0) Δm/m (0) energiaérték J/kg% J/kg dió 9.803E + 06-85.0 2.717E + 07 napraforgó 6.871E + 06-70.6 2.299E + 07 földimogyoró 6.344E + 06 - 64.6 2.475E + 07 kókuszdió 8.627E + 06-51.3 1.450E + 07 keksz 4.391E + 05-23.7 1.000E + 07 karácsony 1.437E + 06-51.3 1.349E + 07 asztal sz. 1. az élelmiszerek fűtőértéke, százalékos súlycsökkenése és energiaértéke 1,0E + 07 9,0E + 06 8,0E + 06 7,0E + 06 6,0E + 06 J/kg 5,0E + 06 4,0E + 06 3,0E + 06 2,0E + 06 1.0E + 06 0.0E + 00 dió napraforgó mogyoró kókusz keksz karácsonyi táblázat sz. 1. a minták fűtőértéke 10
A diónak egyértelműen a legjobb a kezdeti és a végső tömegaránya is. A dió tömegének legfeljebb 85% -át égették el. Ezt követően a második legjobban megégett növény a Napraforgómag volt, 71 százalékos fogyással. A harmadik a földimogyoró, amelynek súlya égéssel 65% -kal csökkent. A kókuszdió és a karácsony súlycsökkenése azonos, 51%. Keks, aki csak 24% -ot fogyott, ismét utolsó lett. 0-10 -20-30% -40-50 -60-70 -80-90 dió napraforgó mogyoró kókusz keksz karácsonyi táblázat sz. 2. A súlycsökkenés százalékos aránya A kísérlet megfigyeléséből arra a következtetésre juthatok, hogy bár a minta kellően nagy mennyiségű hőt szolgáltat jó szigeteléssel, nem kell megfeledkezni a megfelelő és hatékony füstelvezetésről. Ezt a tényt azért akarom hangsúlyozni, mert az általam használt irodalomban nem jelent meg. Ez leginkább földimogyoró égetésekor figyelhető meg. 11.
2.3.2 Érdeklődés A növényenergia témakörében felmérést készítettem, amelyet az 1. mellékletben láthat. A 13 és 52 év közötti emberek általános társadalmi mintájára összpontosítottam. Az értékelést követően több következtetésre jutottam. Arra a kérdésre, hogy mi a véleménye a növényi energia felhasználásáról, az emberek döntő többsége az a lehetőséget választotta. Érdeklődni kell az alternatív energiaforrások iránt. Ezt jó jelnek tekintem a jövőre nézve, mert érdeklődést látok az energetikai problémák megoldása iránt. A válasz mellett és. A c lehetőség is megjelent. Nem ismerek semmiféle felhasználást, még ha csak a húsz évig terjedő korosztályban sem. Ezt a fiatalabb válaszadók tudatlanságának tulajdonítom ezen a területen, akik még nem vettek részt energiaórákon a fizikaórákon. a b c 80% 17% 3% A második felmérési kérdésből - Tud-e vagy hallott valamit a növényi energiáról; lehetőségünk van látni, hogy az ételek energiaértékének tudatosítása egyáltalán nem rossz. A válaszadók csupán 21% -a mondta, hogy semmit sem tudnak róla. Az emberek másik 79% -ának minimális felszínes ismerete van a problémáról. A minta 34 százaléka jobban ismerte a növényi energiát. a b c 45% 34% 21% 12
A válaszadók többségét az érdekli, hogy mit fogyasztanak csak ízlés szempontjából. 28% -a választja az ételeket kalória vagy tápérték szempontjából is. A válaszadók mindössze 10% -a nem mutatott érdeklődést az étel kiválasztása iránt. a b c 62% 28% 10% A megkérdezettek 76% -a gondolt az elfogyasztott ételek energiaértékére. Nagy meglepetésemre a válaszadók csaknem egynegyede egyáltalán nem gondol erre az adatra. Újra látni azt a tényt, hogy a fiatalokat nem nagyon érdekli az egészséges táplálkozás. a b 24% 76% A válaszadók körülbelül 50% -a nem tulajdonít nagy súlyt ennek a számnak. Ennek az értéknek a jelentősége egyenesen nő a felmérést végző személyek életkorával. A húsz évesnél fiatalabb válaszadók nem veszik nagyon komolyan ezeket az információkat, mivel a fiatalok több fizikai (sport) aktivitást is fejlesztenek. a b 48% 52% 13
A hatodik kérdéshez: Ön szerint helyes-e az energiaértékek szerint enni serdülőkorban; a válaszadók döntő többsége, majdnem háromnegyede igennel válaszolt, ez fontos. A válaszadók fennmaradó 24% -a, aki a b lehetőséget választotta - nem, ez nem számít; húsz éven belül ismét a csoportból érkezik. a b 24% 76% A hetedik felmérési kérdésből - Fontos információ az élelmiszer-csomagoláson, amely kifejezi a 100 g-os kj-tartalmat, ha az energiaforrás nincs meghatározva, a válaszadók enyhe többsége - 69% -uk válaszolt igennel. A többi 31% úgy gondolja, hogy ez az információ nem fontos, hacsak az energiaforrást sem említik. a b 31% 69% A nyolcadik és utolsó kérdésben azt kérdeztem az emberektől, hogy szerintük hogyan lehetne felhasználni a növények energiáját. A válaszadók csaknem fele kijelentette, hogy nem tud semmilyen növényi energia felhasználási módról. A válaszadók viszonylag nagy része úgy látja, hogy a növények energiafelhasználásának jövője a fosszilis tüzelőanyagok és az olaj helyettesítője; esetleg fűtőanyagként. Azt is felvetették, hogy az élelmiszerekben tárolt energiát vissza kellene juttatni a földre, ezáltal hatékonyabb ciklust hozva létre az energia visszavezetésére a növényekbe, vagyis műtrágyává téve őket. 14
3 Következtetés Munkám célja az volt, hogy a növényekben és az élelmiszerekben található energia témájával foglalkozzak. Bomba kaloriméterrel próbáltam megközelíteni a kísérletet, amelyet a legegyszerűbben és legérthetőbben hajtottam végre. A kísérletek a fizika egyik legmeggyőzőbb részei, ezért egy olyan elméletet kell közvetíteni és vizualizálni, amely gyakran feltűnő lehet. Az információszolgáltatás ezen formája sokszor elfogadhatóbb és könnyebben megjegyezhető az emberek számára. Ily módon a fizika jobban terjeszthető a nagyközönség számára. Munkámat egy olyan felmérés egészíti ki, amelynek során megfelelő módszert láttam a kérdés általános ismereteinek megismerésére, és ez szolgál az emberek első visszajelzésévé munkám témájában. A felmérés értékelése alapján arra a következtetésre jutottam, hogy a válaszadók ismeretei a témában általában kielégítőek, bár a válaszadók fiatalabb része kevésbé foglalkozik a megfelelő táplálkozással. 17.
4 A felhasznált irodalom felsorolása 1. Janovič, Ökológia a természettudományokban Az ételek energiaértéke. A Szlovák Köztársaság Oktatási Minisztériuma, Pozsony 2002 2. Pastorek Z., Kára J., Jevič P.: Biomassza megújuló energiaforrás. FCC PUBLIC, Prága 2004 3. Zámečník Jozef: Přehled stredoškolskej fyziky. Alfa SNTL, Pozsony 1984 Weboldal 1. http://www.chudnutie-ako.sk/ 18
5 Mellékletek 1. Kérdőív kérdésekkel 2. A mért értékek és eredmények teljes táblázata 19
Szavazás kora: Nem: M F (növényi energia) 1. Mit gondol a növényi energia felhasználásáról? a. Érdeklődni kell az alternatív energiaforrások iránt b. Csak ételként veszem c. Nem ismerek felhasználási lehetőségeket 2. Tudsz vagy hallottál valamit a növényi energiáról? a. Igen, tudok valamit erről a b. Igen, de csak felületesen c. Nem, egyáltalán semmi 3. Érdekel, hogy mit eszel? a. Igen, a kalóriákat tekintve b. Igen, íze szempontjából c. Nem 4. Gondolt már az elfogyasztott ételek energiaértékére? a. Igen b. Nem 5. Nagy súlyt tulajdonít ezeknek az adatoknak? a. Igen b. Nem 6. Ön szerint helyes-e az energiaértékek szerint enni serdülőkorban? a. Igen, fontos b. Nem, nem fontos 7. Az élelmiszer csomagolásán feltüntetett információk, amelyek kifejezik a kj/100 g tartalmát, ha nincs megadva az energiaforrás? a. Igen b. Nem 8. Ön szerint hogyan lehetne felhasználni a növényi energiát? 20
kezdeti vízhőmérséklet végső vízhőmérséklet kezdeti minta súlya minta tömege égés után felszabaduló hő fűtőérték súlyvesztés központosító típus vízmennyiség T (0) T ΔT m (0) m Δm Q1 Q1/m (0) Δm/m (0) Q1/m (0) Δm/m (0) m ^ 3 KKK kg kg kg JJ/kg% J/kg% dió 1.000E-05 2.957E + 02 3.427E + 02 47.000 2.000E-04 3.000E-05-1.700E -04 1.961E + 03 9.803E + 06-85.0 9.803E + 06-85.0 napraforgó 1.000E-05 2.937E + 02 3.077E + 02 14.000 8.500E-05 2.500E-05-6.000E-05 5.840E + 02 6.871 E + 06-70,6 6,871E + 06-70,6 Földimogyoró 1.000E-05 2.917E + 02 3.192E + 02 27.500 2.000E-04 1.000E-04-1.000E-04 1.147E + 03 5.736E + 06-50.0 6.344E + 06-64.6 1.000E-05 2.932E + 02 3.282E + 02 35.000 2.000E-04 5.000E-05-1.500E-04 1.460E + 03 7.300E + 06-75.0 1.000E-05 2.932E + 02 3.162E +02 23 000 1 600 E-04 5 000 E-05-1 100 E-04 9 595 E + 02 5 997 E + 06-68,8 kókusz 1000 E-05 2 912 E + 02 3 272 E + 02 36 000 1 900 E-04 9 500 E-05 9 500 E-05 1.502E + 03 7.904E + 06-50.0 8.627E + 06-51.3 1.000E-05 2.912E + 02 3.302E + 02 39.000 2.000E-04 1.000E-04-1.000E-04 1.627E + 03 8.135 E + 06-50 .0 1.000E-05 2.912E + 02 3.372E + 02 46.000 1.950E-04 9.000E-05-1.050E-04 1.919E + 03 9.841E + 06-53.8 bisex 1.000E-05 2.942E + 02 2.962E + 02 2.000 1.900E-04 1.450E-04-4.500E-05 8.343E + 01 4.391E + 05-23.7 4.391E + 05-23.7 Karácsony 1.000E-05 2.942E + 02 3.012E + 02 7.000 1.800E-04 9.000 E-05-9,000E-05 2.920E + 02 1.622E + 06-50.0 1.437E + 06-51.3 1.000E-05 2.932E + 02 2.992E + 02 6.000 2.000E-04 9.500E-05-1.050E-04 2,503E + 02 1,251E + 06-52,5 A mért értékek és eredmények teljes táblázata