نشاط عملي يوّضح كيفية قياس طاقة الغذاء

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية قياس طاقة الغذاء طاقة الغذاء البيولوجيا وعلوم الحياة

الأهداف

1- استخدام قياس الحرارة لمعرفة كم كيلو سعر تحويه أطعمتك المفضلة.

2- مقارنة كمية الطاقة الموجودة في الأغذية المختلفة.

 

الأدوات التي تحتاجها

1- أحد الأشخاص الكبار لمساعدتك

2- علبة عصير أو قهوة معدنية كبيرة بعد نزع لصاقة العلامة التجارية عنها

3- علبة معدنية صغيرة بعد نزع لصاقة علامتها التجارية

 

4- ميزان

5– ماء

6- ميزان حرارة

 

7- سيخ شوي معدني من النوع الذي تستعمله في شوي الكباب

8- سدادة فلين

9- إبرة خياطة أو دبوس

 

10- أعواد ثقاب

11- كيس صغير من رقائق الجبن الهشة أو حلوى المارشملو أو الفول السوداني (الفستق)

 

خطوات العمل

1- اطلب من أحد الكبار مساعدتك على إزالة الغطاءين الأمامي والخلفي للعلبة الكبيرة والغطاء العلوي من العلبة الصغيرة أيضاً بواسطة مفتاح العلب.

ثم اطلب منه أن يُحدث ثقبين مقابل بعضهما بمحاذاة الجزء العلوي للعلبتين الكبيرة والصغيرة، ثم اطلب منه أن يُحدث عدة ثقوب حول أسفل العلبة الكبيرة.

 

2- ضع العلبة الصغيرة على الميزان واضبط مؤشره عند درجة الصفر. اسكب نصف كوب من الماء داخل العلبة، ثم سجل الوزن بالكيلو غرام. وبما أنك ضبطت الميزان عند الصفر عندما كانت العلبة فوقه فإن القراءة التي تظهر عليه ستشير إلى وزن الماء الذي تم وضعه داخل العلبة من دون وزن العلبة ذاتها.

3- اترك الماء لمدة ساعة كي تصبح درجة حرارته مساوية لدرجة حرارة الغرفة. قِسْ درجة حرارة الماء بواسطة ميزان الحرارة المئوي وسجل الرقم الذي يظهر.

4- اطلب من مساعدك الكبير أن يُدخل السيخ في الثقوب العلوية في العلبتين بحيث تكون العلبة الصغيرة التي تحوي الماء معلقة داخل العلبة الكبيرة. وينبغي أن يكون هناك حوالي بوصتين (5 سم) بين أسفل العلبة الصغيرة وسطح طاولة التجربة.

5- أدخل الدبوس بعناية في الطرف النهائي الصغير لسدادة الفلين ثم أدخل قطعة من رقائق الجبن الهشة أو الحلوى أو الفستق في الطرف المدبب للإبرة، وتذكر أن الدبوس أو الإبرة أداة جارحة.

6- ضع سدادة الفلين التي تحوي القطعة الغذائية على سطح غير قابل للاشتعال، ثم اطلب من مساعدك الكبير أن يشعل النار بالقطعة الغذائية بواسطة عود الثقاب.

7- حالما تشتعل النار بالطعام، ضع العلبة الكبيرة فوقها بحيث تكون علبة الماء الصغيرة فوق الطعام المحترق مباشرة.

8- دع الطعام يتابع احتراقه حتى النهاية، ثم حرّك الماء قليلاً بميزان الحرارة وسجّل درجة الحرارة.

 

بإمكانك القيام بهذه التجربة باستخدام أصناف مختلفة من  المُكسّرات، وفي كل مرة تستطيع أن تقيس مقدار الطاقة الحرارية الذي سيحرره الصنف المستخدم.

جرب مثلاً الفول السوداني غير المحمص ثم المحمص ثم الفول السوداني المغطس بالعسل. والكاجو والجوز والمكسرات البرازيلية وغير ذلك من أصناف المكسرات الأخرى.

وقبل أن تبدأ التجربة حاول أن تعطي رقماً تقديرياً عن مقدار الطاقة الحرارية الذي سيحرره كل صنف من أصناف المكسرات التي تستخدمها.

 

وربما يساعدك في إنجاز تجربتك على نحو دقيق استخدام جدول بياني بنتائج عملك. وبإمكانك أيضاً محاولة استعمال عدد أكبر من صنف واحد من المكسرات في التجربة الواحدة، كأن تستعمل أكثر من قطعة من رقائق الجبن أو الفول السوداني أو أي صنف غذائي آخر تستخدمه في أي من التجارب.

وللقيام بذلك تحتاج إبراً إضافية – اغرس الإبر في سدادة الفلين وحاول أن تشعل النار في كل القطع الغذائية في الوقت نفسه. هل وجدت أن ارتفاع درجة الحرارة أعلى بأضعاف من درجة الحرارة الناتجة عند استخدامك قطعة طعام واحدة؟

 

إن استخدامك عدة أصناف من الأطعمة سيسمح لك بأن تحصل على قيم أكثر دقة فيما يخص كمية الطاقة مقارنة باستعمالك قطعة واحدة فقط.

خذ الكمية الكلية للطاقة الحرارية التي تقوم بقياسها (انظر الصفحة التالية) ثم قسّم الحاصل على عدد القطع الغذائية التي استخدمتها.

 

تحليل

كما أوضحنا في الصفحات 81 – 84، تحتوي جزيئات الطعام على طاقة مختزنة، فعندما نتناول الطعام، تقوم أجسامنا بتحويل جزء من هذه الطاقة إلى حرارة يتم تحريرها مباشرة.

أما بقية الطاقة فتتحول إلى أشكال مفيدة تستخدم إما مباشرة أو تُختزن في أنسجة الجسم لاستعمالها في وقت لاحق في أغراض متعددة، كالتنفس والتفكير وهضم الطعام وأي نشاط آخر قد نقوم به.

لقد قمت في هذا النشاط ومتابعته بتحويل الطاقة – أو على الأقل جزء منها – إلى حرارة، ثم قمت بقياس الطاقة من خلال المقدار الذي رفعت فيه الحرارة درجة حرارة الماء. تستطيع الآن قياس مقدار الطاقة الحرارية التي تحررت نتيجة لاحتراق الغذاء.

 

أولاً، اطرح درجة الحرارة الابتدائية من درجة الحرارة النهائية. تحصل بذلك على فرق التغير الذي طرأ على درجة الحرارة، والذي قسته بالدرجة المئوية.

اضرب التغيير الناتج في درجة حرارة الماء المستعمل في التجربة بالوزن مقاساً بالكيلو غرام. تكون النتيجة النهائية لعمليتك الحسابية هي قيمة الطاقة الحرارية المتحررة من المادة الغذائية لدى احتراقها، مُقاسة بالكيلو سعر.

انظر الآن إلى عبوة الطعام، ستجد أن الرقم المبيّن عليها ينطبق على كامل العبوة، أو مثلاً على 100 غرام من المادة الغذائية، وعليك أن تتبين مقدار الطاقة في كل مكون غذائي قمت بحرقه. هل حصلت على الرقم نفسه في تجربتك؟

 

إن الرقم الذي ستتوصل إليه في نهاية المطاف سيكون بكل تأكيد أقل مما هو مذكور على العبوة، وأحد أسباب ذلك هو أن الطعام لم يحترق بالكامل، وهو أمر يستحيل القيام به خارج المختبر ومن دون توافر المعدات اللازمة، لذلك لابدّ من بقاء بعض الطاقة المختزنة في المكسرات.

والسبب الآخر وراء الحصول على رقم منخفض هو أن قسماً من الحرارة يتسرب من حول أطراف العلبة الصغيرة، علاوة على أن الماء يفقد بعض الحرارة في الهواء أثناء التجربة.

 

ما العمل لو أنني لم ألاحظ تغيّراً في درجة الحرارة؟

ربما يكون التغير في درجة الحرارة ضئيلاً جداً – أقل من درجة واحدة. أولاً، حاول أن تستخدم كمية أقل من الماء. كما ينبغي عليك استخدام ميزان حرارة يستطيع قياس التغيرات الضئيلة. وقد يلبي هذه الحاجة أحد موازين الحرارة الرقمية.

 

نصائح للسلامة

كن حذراً أثناء تعاملك مع العلب بعد إحداث الثقوب فيها ونزع نهايتها لأن الأطراف تكون حادة، كما أن العلب قد تصبح حارة جداً خلال التجربة، لذا تجنب إمساكها قبل أن تبرد.

 

تخزين الطاقة لفصل الشتاء

إن المكسرات هي من الأغذية المفيدة لهذه التجربة، لأنها تحتوي على كمية كبيرة من الطاقة المختزنة داخلها على شكل نشا ودهون.

تحوي الدهون من الطاقة ضعفي ما يحويه النشا، ما يجعلها من الأغذية ذات الفائدة العالية جداً بالنسبة للحيوانات التي تحتاج إلى تخزين الطاقة داخل أجسامها لفترة زمنية طويلة، وخاصة خلال أشهر فصل الشتاء، لذلك تتناول بعض الحيوانات، كالسناجب، كمية كبيرة من المكسرات في فصلي الخريف والشتاء.

 

وعندما تقوم أجسامها بهضم المكسرات تتفتت جزيئات النشا والدهون وتُختزن على شكل دهون في جسم السناجب. وتمد هذه الدهون السناجب بالطاقة اللازمة التي تساعدها على التغلب على برد الشتاء الذي يندر خلاله الغذاء.

تقوم السناجب بتخبئة المكسرات في أماكن مختلفة، ثم تقوم فيما بعد بنبشها وإخراجها عندما تُستهلك الدهون الاحتياطية المكتنزة في أجسامها وتصبح بحاجة إلى المزيد من الغذاء للاستمرار في الحياة أثناء أيام الشتاء القاسية.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]