Nilai Tenaga dalam Sampel Makanan

Tujuan

Untuk menentukan dan membandingkan nilai tenaga (nilai kalori) pelbagai sampel makanan, seperti kacang tanah, roti, kerepek kentang dan kelapa, dengan membakar setiap sampel dan mengukur kenaikan suhu yang dihasilkannya pada isi padu air yang tetap.

Pemboleh ubah

• Pemboleh ubah dimanipulasikan: jenis sampel makanan yang dibakar (contohnya kacang tanah, roti, kerepek kentang, kelapa).
• Pemboleh ubah bergerak balas: kenaikan suhu air, digunakan untuk mengira tenaga yang dibebaskan bagi setiap gram makanan.
• Pemboleh ubah dimalarkan: isi padu air dalam tabung didih, suhu awal air, jarak antara nyalaan api dengan tabung didih, perlindungan daripada angin, dan jenis bekas yang digunakan.

Bahan dan radas

• Sampel makanan kering yang dipasang pada jarum pemasang (contohnya kacang tanah, roti, kerepek kentang, kelapa)
• Tabung didih
• Air
• Termometer
• Kaki retort dan pengapit
• Neraca elektronik
• Mancis atau pemetik api
• Pelindung angin
• Tikar kalis panas

Prosedur

1. Sukat isi padu air yang tetap (contohnya 20 cm3) ke dalam tabung didih menggunakan silinder penyukat, dan rekod suhu awalnya menggunakan termometer.
2. Timbang sampel makanan menggunakan neraca elektronik dan rekod jisimnya.
3. Pasang sampel makanan pada jarum pemasang dan letakkannya tepat di bawah tabung didih, dipegang pada ketinggian tetap menggunakan kaki retort.
4. Nyalakan sampel makanan menggunakan mancis atau pemetik api dan biarkan ia terbakar sepenuhnya di bawah tabung didih, menggunakan pelindung angin untuk melindungi nyalaan daripada aliran udara.
5. Kacau air perlahan-lahan menggunakan termometer dan rekod suhu maksimum yang dicapai.
6. Kira kenaikan suhu (suhu akhir tolak suhu awal), kemudian kira nilai tenaga bagi setiap gram makanan menggunakan E = mcΔT ÷ jisim makanan yang dibakar, dengan m ialah jisim air dan c ialah muatan haba tentu air.
7. Ulangi prosedur bagi setiap sampel makanan yang lain, memastikan isi padu air dan semua keadaan lain adalah sama.

Keputusan dijangka

Pembakaran setiap sampel makanan menaikkan suhu air dengan jumlah yang berbeza, bergantung kepada berapa banyak tenaga yang dibebaskan makanan itu bagi setiap gram semasa terbakar. Keputusan biasa bagi eksperimen kelas ditunjukkan di bawah.

Kesimpulan

Sampel makanan yang berbeza membebaskan jumlah tenaga yang berbeza bagi setiap gram apabila dibakar. Dalam eksperimen ini, makanan kaya lemak, seperti kacang tanah dan kelapa, menghasilkan kenaikan suhu yang lebih besar bagi setiap gram dibakar berbanding makanan yang kebanyakannya karbohidrat, seperti roti dan kerepek kentang, menunjukkan bahawa lemak umumnya mempunyai nilai tenaga lebih tinggi daripada karbohidrat.

Nilai tenaga yang dikira biasanya jauh lebih rendah daripada nilai tenaga sebenar yang tercetak pada label makanan, kerana kebanyakan haba yang terhasil terlepas ke udara sekeliling dan bukannya memanaskan air; kaedah ini oleh itu lebih boleh dipercayai untuk membandingkan sampel makanan antara satu sama lain berbanding mendapatkan nilai tenaga mutlak.

Soalan bergaya Kertas 3

Soalan asli ini ditulis dengan gaya Kertas 3 untuk melatih kemahiran proses sains yang dinilai oleh eksperimen ini.

Soalan 1 (hipotesis). Seorang pelajar membakar jisim yang sama bagi kacang tanah dan biskut di bawah tabung didih serupa yang berisi air. Tulis satu hipotesis yang sesuai.

Jawapan model. Kacang tanah, yang mengandungi lebih banyak lemak, menghasilkan kenaikan suhu yang lebih besar pada air bagi setiap gram dibakar berbanding biskut, jadi ia mempunyai nilai tenaga lebih tinggi.

Soalan 2 (pemboleh ubah). Nyatakan pemboleh ubah dimanipulasikan dan bergerak balas, serta terangkan bagaimana satu pemboleh ubah dimalarkan dikekalkan malar. Jawapan model. Pemboleh ubah dimanipulasikan: jenis sampel makanan yang dibakar.

Pemboleh ubah bergerak balas: kenaikan suhu air. Pemboleh ubah dimalarkan: isi padu air, dikekalkan malar dengan menyukat isi padu yang sama, seperti 20 cm3, menggunakan silinder penyukat bagi setiap sampel.

Soalan 3 (penjadualan dan pengiraan). Kacang tanah berjisim 0.40 g menaikkan suhu 20 cm3 air sebanyak 25 °C. Kira nilai tenaganya dalam joule bagi setiap gram, dengan muatan haba tentu air ialah 4.2 J g⁻¹ °C⁻¹.

Jawapan model. Haba diperoleh air = mcΔT = 20 × 4.2 × 25 = 2100 J; nilai tenaga = 2100 ÷ 0.40 = 5250 J g⁻¹.

Soalan 4 (inferens). Dalam satu cubaan, sampel kelapa memberikan kenaikan suhu lebih kecil daripada sampel kacang tanah berjisim sama. Nyatakan apa yang ditunjukkan oleh keputusan ini, dan berikan satu sebab nilai yang dikira lebih rendah daripada nilai pada label makanan.

Jawapan model. Kelapa membebaskan tenaga lebih sedikit bagi setiap gram berbanding kacang tanah, jadi nilai tenaganya lebih rendah; nilai yang dikira lebih rendah daripada nilai label kerana banyak haba hilang ke persekitaran dan bukannya memanaskan air, dan sampel mungkin tidak terbakar sepenuhnya.

Keselamatan

• Ikat rambut panjang dan lengan baju yang longgar sebelum menyalakan sampel makanan, dan jauhkan nyalaan daripada bahan mudah terbakar lain.
• Pegang sampel yang terbakar hanya pada jarum pemasang, jangan sekali-kali dengan jari terdedah, kerana ia kekal panas selepas nyalaan padam.
• Letakkan radas di atas tikar kalis panas dan biarkan tabung didih serta jarum pemasang sejuk sebelum menyentuhnya.
• Halakan mulut tabung didih jauh daripada diri anda dan orang lain, dan bekerja di kawasan yang mempunyai pengudaraan baik.

Kesilapan biasa

Sumber:SRC-DSKP-EN

Soalan lazim