Wie viel Energie steckt in einer Nudel?

Der Brennwert einer Nudel

In diesem Artikel möchten wir, Amy und Luisa aus der Klasse 8a, einen Versuch vorstellen, mit dem man den physikalischen Brennwert von Nudeln bestimmen kann. Man kann die Energie einer Spaghetti nicht einfach mit einem Messgerät bestimmen. Vielmehr muss man einen Umweg gehen, um diesen physikalischen Brennwert, der ein Maß für die Energie ist, zu erhalten.

Übrigens kennt jeder von uns den physiologischen Brennwert. Diesen findet man auf jeder Lebensmittelverpackung als kcal-Angabe. Man muss aber zwischen physikalischem und physiologischem Brennwert unterscheiden. Der physiologische Brennwert gibt an, wie viel Energie dem menschlichen Körper zur Verfügung gestellt wird, wenn man den Nährstoff isst. Weil die Zellen unseres Körpers Kohlenhydrate fast vollständig verbrennen, stimmen der physiologische und der physikalische Brennwert, den wir bestimmen und Ihnen und Euch nun das Prinzip erklären, von Nudeln fast überein.

Den entsprechenden Versuch führten wir mit unserer Klasse 8a und unserer Physiklehrerin Frau Stein am 24.11.2017 durch.

 

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Für diesen Versuch benötigt man eine Spaghetti, die man an der Spitze mit einer Kerze anzündet. Dann hält man die entflammte Spaghetti unter einen Erlenmeyerkolben, der mit 100ml Wasser gefüllt ist und wartet, bi die Spaghetti abgebrannt ist. Währenddessen misst man die Temperatur des Wassers.

 

Nach nur einer Spaghetti, die verbrannt wird, steigt die Temperatur des Wassers schon um ca. 10°C an. Durch das Verbrennen der Nudel wird Wärmeenergie frei; das ist ähnlich wie in unserem Körper, wo die Zellen die Kohlenhydrate verbrennen. Den Teilchen im Wasser wird Energie zugeführt, weshalb sie sich nun schneller bewegen. Eine schnellere Teilchenbewegung bedeutet, dass die Temperatur des Wassers steigt.

 

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In der Wissenschaft benutzt man zur Bestimmung des physikalischen Brennwertes von Lebensmitteln ein Bombenkalorimeter. In einem Behälter, der sogenannten Bombe, befinden sich die zu untersuchende Substanz und Sauerstoff. Außerdem ist ein stromdurchflossener Zünddraht in der Bombe, durch den die Verbrennung gestartet wird. Die chemische Energie wird bei der Verbrennung der Substanz in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch sich die Temperatur in der Bombe erhöht. Dem Wasser, welches die Bombe umgibt, wird diese Energie zugeführt. Das Thermometer misst die Temperaturerhöhung. Damit keine Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird, hat das Bombenkalorimeter eine dicke Außenhülle, die aus Stahl besteht. Zwischen der Außenhülle und dem Wasserbehälter befindet sich zur zusätzlichen Isolation eine Luftschicht.

 

Mit der folgenden Formel lässt sich aus dem gemessenen Temperaturanstieg die Energie des Wassers berechnen: ΔE = m × ΔT × 4,2 kJ/(kg × K) wobei m die Masse ist, ∆T die Temperaturänderung und der Faktor 4,2 die spezifische Wärmekapazität (eine Stoffeigenschaft von Wasser) ist. Diese Energie ist nun ein Maß für den physikalischen Brennwert.

 

Weil, wie oben schon erklärt, der physikalische Brennwert und der physiologische Brennwert von Kohlenhydraten ähnlich sind, konnten wir unsere Werte mit der Angabe auf der Verpackung vergleichen. Der aus dem Versuch gewonnene Wert war 25% zu klein, was an Messfehlern liegt. Wir haben im Physikraum natürlich keine Laborbedingungen. Bei unserem nachgestellten Bombenkalorimeter fehlte z.B. die Isolierung, sodass die Wärmeenergie an den Seiten entwichen konnte. Auch wurde nicht die ganze Wärme aus der Nudel auf das Wasser übertragen, weil zwischen Nudel und dem Wasser der Erlenmeyerkolben aus Glas und Luft waren, die auch Wärme aufgenommen haben.

Trotz des zu geringen Messwertes konnten wir selbst ausprobieren, wie man den Brennwert von Nudeln bestimmt und hatten viel Spaß beim Experimentieren, wie man auf den Bildern erkennen kann.

 

Wir hoffen, dass wir Ihnen und Euch mit diesem Artikel einen Einblick in unseren Physikunterricht bei Frau Stein geben konnten.

 

P.S.: Dieser Versuch ist leicht nachzumachen. Man sollte jedoch bedenken, dass die Spaghetti beim Verbrennen qualmen und durch die Rauchentwicklung Rauchmelder ausgelöst werden könnten. Deshalb bitte das Fenster öffnen. :)

Amy und Luisa aus der Klasse 8a