Energiindhold i næringsstoffer

Energiindhold i
næringsstoffer
I et såkaldt forbrændingskalorimeter placerer vi en madprøve i et lille bæger,
en digel. Vi forbrænder derpå prøven under stadig tilledning af oxygen.
oxygen
omrører termometer
O2
bæger
vand
Vi antænder madprøven ved hjælp af en glødetråd, og forbrænding af maden
begynder. Den udviklede varme omsættes til indre energi i kalorimetret.
Et velegnet kalorimeter kan f.eks. fås ved apparatfirmaet Müller & Sørensen
eller hos S. Frederiksen, Ølgod.
Forsøgsvejledning
Vi kan bruge forbrændingskalorimeteret til at bestemme brændværdien for
faste og flydende stoffer som f.eks. fødevarer, brændstof og øvrigt brændbart
materiale.
Kalorimeteret består af en bundplade med holdere til forbrændingsdigel og
tændspiral (6 V), samt slangestuds til tilledning af oxygen.
Glasdelen med omrører har plastlåg med hul til et termometer. I forlængelse
af forbrændingskammeret er monteret en lang kobberspiral som varmeveksler,
og denne er med til at afsætte så meget som muligt af energien fra
forbrændingsgasserne. Herved kan vi opnå praktiske resultater inden for ca.
5-10% af de teoretiske værdier.
Da apparatet er baseret på et glaskalorimeter, er det vigtigt at gøre sig
klart, at det varmetab, der derved vil afgives til omgivelserne, har indflydelse
på måleresultaterne. Omvendt har energitilførslen ved antændelse af faste
prøver ved hjælp af glødespiralen i visse situationer også en indflydelse.
Orbit Energiindhold i næringsstoffer side 1
sug
strømforsyning
vakuumpumpe

NB! Da vi arbejder med ren oxygen under forsøgene, skal de udføres under
iagttagelse af udvidede sikkerhedsforanstaltninger, herunder brug af
sikkerhedsskærm. Der kan i visse tilfælde opstå røggaseksplosioner,
der kan få glaskalorimeteret til at revne!
Inden kalorimeteret samles, vejer vi glasbeholderen, kobberspiralen og omrøreren.
Systemets varmekapacitet bliver da
C = (mglas ⋅ cglas) + (mkobber ⋅ ckobber) + (momrører ⋅ comrører)
hvor cglas = 780 J/(kg ⋅ K), ckobber = 380 J/(kg ⋅ K) og comrører = 370 J/(kg ⋅ K)
Den herved fundne varmekapacitet for hele apparatet kan vi med eventuelt
anføre på glasbeholderen. Til de følgende forsøg benytter vi yderligere følgende
apparatur:
Måleglas 500 mL
Strømforsyning 6 V AC/DC
Vakuumpumpe (vandluftpumpe)
Termometer 0-50 °C/ 0,1 °C (evt. digitaltermometer)
Éngangstrykflaske med oxygen O2
- samt diverse stativmateriel
Når masserne er bestemt, samler vi apparaturet, idet vi anbringer omrøreren i
kalorimeteret, hvorefter vi sætter spunsen, der bærer kobberspiralen, på
plads, således at den slutter tæt. Den firkantede bundplade sidder på et stativ
ved en passende højde (80-150 mm over bordet). Herefter anbringer vi
kalorimeteret oven på bundpladen og fastholder det med en klo. Forbind det
opadgående kobberrør til vakuumpumpen og den nedadgående studs fra
bundpladen til oxygenbeholderen.
Bestemmelse af brændværdi for faste stoffer
Tør et stykke toastbrød på 250-500 mg i en ovn ved ca. 105 °C og afkøl det.
Sænk bundpladen nogle få centimeter under kalorimeteret, skub glødetråden
så langt op som muligt, og drej den ud til siden. Anbring prøven i forbrændingsdiglen,
bestem massen og sæt forbrændingsdiglen på plads i fordybningen
på bundpladen. Tilslut pumpen og hæv bundpladen op til kalorimeteret.
Placer ved hjælp af den udvendige grab glødetråden således, at den
netop berører prøven i diglen.
I kalorimeteret hælder vi nu 500 mL vand, hvis temperatur efter omrøring
aflæses og noteres. Nu åbner vi for oxygenbeholderen, således at oxygentilførslen
finder sted under begrænset tryk (det anbefales at anvende de små
eengangsbeholdere, idet trykket heri er rimeligt begrænset, så at risikoen for
skader som følge af meget højt tryk elimineres). Det er vigtigt at begynde
oxygentilførslen inden glødetråden tilsluttes.
Skru op for spændingen (indtil 6 V) for at antænde prøven, der nu vil
brænde i en oxygenatmosfære. Umiddelbart efter antændelsen hæver vi glødetråden
og drejer den ud til siden. Juster oxygentilførslen løbende under
forsøget, således at prøven brænder roligt uden at sprutte (med deraf følgende
massetab).
Begynder prøven at sprutte, reducerer vi oxygentilførslen indtil vi får en
roligere forbrænding. Under hele forbrændingen omrører vi vandet i kalorimeteret.
Orbit Energiindhold i næringsstoffer side 2

NB! Hvis det ikke lykkes at antænde prøven ved første forsøg, afbryd da
både for spændingen til glødetråden og for oxygentilførslen. Udluft forbrændingskammeret
ved at suge atmosfærisk luft igennem apparaturet
før der gøres et nyt forsøg.
Når forbrændingen er afsluttet, afbryder vi pumpen og oxygentilførslen og
forsætter omrøringen under nøje iagttagelse af temperaturen; aflæs og noter
den højeste temperatur. Ud fra de foretagne målinger bestemmer vi prøvens
brændværdi, idet den frigjorte varme er givet ved
E = (mvand ⋅ cvand + C) ⋅ Δt
hvor mvand er massen af vandet i kalorimeteret, cvand er vands specifikke varmekapacitet
(4,186 kJ/(kg ⋅ K) og Δt er temperaturstigningen. m er den forbrændte
masse. Brændværdien L = E/m bestemmes, og resultaterne kan
sammenlignes med tabelværdier i en ernæringstabel eller lignende.
Fremgangsmåde for væsker
Apparaturet kan også anvendes til bestemmelse af brændværdien for væsker.
Væsken hældes ned i den medfølgende olielampe og låget sættes
straks på for at hindre fordampning, hvorefter vi bestemmer massen. Opstil
kalorimeteret som før, dog skal vi ikke benytte oxygen ved væsker. Antænd
nu vægen, og anbring beholderen på bundpladen. Tilslut vakuumpumpen for
at sikre en stadig jævn tilstrømning af luft (det kan eventuelt være nødvendigt
med en lille åbning mellem platform og kalorimeter). Lad forbrændingen af
prøven forsætte, indtil temperaturen er steget med ca. 5 °C; sænk så platfor
men, sluk brænderen, og aflæs den højeste målte temperatur efter grundig
omrøring. Vej igen olielampen med påsat låg, og beregn brændværdien som
før.
Gode tips
Ikke-flygtige væsker som f.eks. olivenolie kan benyttes, når vi opsamler den i
en løs tot keramisk vat.
Sukker antændes lettest ved at strø en smule cigaretaske henover. Asken
virker som katalysator til at fremskynde forbrændingen. Vi kan eventuelt fore
diglen med alufolie så forbrændingstesterne efter forbrændingen nemmere
kan fjernes.
Som et alternativt forsøg kan vi ved forbrænding af en væske med kendt
brændværdi (f.eks. ren alkohol) bestemme kalorimeterets totale varmekapacitet
og derved inddirekte tage højde for varmetabet til omgivelserne. Vi kan
lave en ny glødetråd af 0,25 mm kanthaltråd.
Orbit Energiindhold i næringsstoffer side 3