Задание №23 — Биология – наука о живой природе. Методы научного познания
Анна измеряла содержание калорий в различных видах круп. Для этого Анна сжигала соответствующую крупу, замеряя, насколько нагреется стакан с водой, под которым крупа сжигается, и дальше по соответствующей формуле определяла количество энергии, выделившееся при сжигании данной крупы. Оказалось, что полученные Анной значения в среднем в три раза ниже данных, которые производитель указывает на упаковке.
Какой вывод о методе измерения Анны можно сделать? Объясните, почему результаты Анны настолько ниже указываемых производителем.
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
Для решения данной задачи необходимо проанализировать физический процесс сгорания и передачи энергии, а также биологические особенности определения калорийности продуктов.
Шаг 1. Оценка метода измерения.
Метод, который использовала Анна, называется прямой калориметрией. Однако в домашних условиях или при использовании простейшего оборудования (сжигание крупы под стаканом воды) этот метод является крайне неточным и несовершенным. Основной вывод заключается в том, что данный метод измерения имеет очень низкий коэффициент полезного действия (КПД) и не учитывает огромные потери энергии.
Шаг 2. Объяснение причин расхождения данных (потери тепла).
Главная причина того, что значения Анны оказались в три раза ниже, — это потеря тепловой энергии в окружающую среду. При сжигании крупы на открытом воздухе нагревается не только вода в стакане, но и сам воздух вокруг, подставка, на которой лежит крупа, и стенки самого стакана. Энергия рассеивается, не доходя до измерительного прибора (термометра в воде).
Шаг 3. Объяснение причин расхождения данных (неполное сгорание).
В домашних условиях практически невозможно добиться полного окисления (сгорания) всех органических веществ, содержащихся в крупе. Производители же определяют калорийность в специальных приборах — бомбовых калориметрах, где создаются условия для полного сгорания в среде чистого кислорода при высоком давлении, а теплоизоляция сводит потери энергии к минимуму.
Шаг 4. Биологический аспект.
На упаковке производитель указывает общую энергетическую ценность, рассчитанную исходя из содержания белков, жиров и углеводов. При сжигании крупы Анной часть энергии тратится на испарение воды, содержащейся в самой крупе, или остается в несгоревшей золе (угле), что также занижает итоговый результат.
Ответ: Метод Анны является несовершенным (недостаточно точным). Результаты оказались ниже, так как большая часть тепловой энергии при сгорании крупы рассеивается в окружающем пространстве (уходит на нагрев воздуха и оборудования), а не передаётся воде. Также в таких условиях происходит неполное сгорание органических веществ в крупе.
Источник: ФИПИ