2. Potentiel energi, hvor højt kan du gå på energien i en rosin? Nyttevirkning.

Transkript

1 Naturvidenskabeligt grundforløb: Frikadeller med kartofler og agurkesalat. Deltagende fag: Biologi og fysik. Varighed: ca. 16 moduler Indhold: 1. (Me)Morgenmad. Appetizer. Introduktion af forløbet og dets faglige mål. (lærerstyret) Klassedialog om elevernes og lærernes viden om tilberedning og indhold i mad: hævning, salt/ikke salt, kogetid, Energiindhold aflæst på indpakninger: Juice, rosiner, havregryn, mælk, æg, smør, brød fordelt på fedt, kulhydrater, proteiner, samt vitaminer, mineraler. 1. (Me)Ernæringslære: Hvad er det vi spiser? 2. Potentiel energi, hvor højt kan du gå på energien i en rosin? Nyttevirkning. 3. (Me)Ernæringslære: Opbygning af stofferne 4. Energien i en jordnød. Eksperiment: Brændværdi. Brænde jordnød under bæger med vand. Vands varmekapacitet, nyttevirkning. 5. (Me)Introduktion til kostprogram: WinFood. Elever skal veje al spist og drukket i et døgn. 6. (Me)Indtastning af elevdata i WinFood og individuel snak med hver elev om kostanalysen. 7. Nyttevirkning med kogekar, Trangia, specifik varmekapacitet af vand. 8. Energiens fordeling efter vægt% og efter energi% i fedt, kulhydrater og proteiner. Matematisk vægtning af kostdelene. 9. (Me)Osmose. Forsøg med eddikeafkalkede æg i destilleret vand, i isotonisk opløsning og i sirup. Masse som funktion af tid på grafer.

2 10. Hvem brænder fingrene først? Stål, sølv, træ, porcelænsske, aluminium eller plastik-ske? Varmeledningsevne, λ. 11. Eksperiment. Undersøgelse af varmeledningsevne for materialet polystyren(flamengo) med grøntsagskasse. Aflæst effekt, P, opmålt klimaskærmareal, A, målt tykkelse, L. Dataopsamling af temperaturforskel med LabPro og Loggerpro inde og ude. Beregning af specifik varmeledningsevne: P = λ * A/L * (ti-tu) λ = P *L/(A* (ti-tu)). Tabel for forskellige materialers varmeledningsevne. 12. Bygning af høkasse af 10 cm isoleringsplade til cylinderformet gryde. Måling af temperaturforløb inde i kartoffel og i vandet fra koldt til kogende og afkølende i høkasse og uden for høkasse. Hvor lang tid går der inden kartoflens indre er oppe på 100 grader? Stegning af frikadeller på pande og i ovn. Forklaring af forskel i frikadellernes indre temperaturer på grundlag af komfurpladens og luftens varmeledningsevne. Hvor lang tid inden frikadellens indre oppe på 100 grader eller måske kun 70 grader er nok? Reversible og irreversible processer. 13. (Me)Tilberedning af kartoffelmos uden salt og kogte kartofler med salt. Opskrift fra Jensen. Agurkesalat med lage og forklaring af agurkeskivernes tab af sprødhed. Opskrift fra Jensen. Tilberedning af frugtsalat. ( - ikke må ruste og oxidere med ilt) Citronsprøjt. Flødeskumsforklaring med luft. 14. (Me)Selve middagen. Ledet af toastmaster. De enkelte grupper giver relevante oplæg under middagen. Opsamling og rapportskrivning. 1. Modul Appetizer. Vi møder klassen første gang, de har tidligere haft NV med vores fagkollegaer i hhv. nat.geografi og kemi. Vi medbringer hjemmebagte boller, havregryn rosiner, æbler, juice mm. Vi skal i dette 1. modul (90 min) sætte dem ind i de samlede planer for forløbet (16 moduler) Frikadeller med kartofler og agurkesalat. Mens

3 vi spiser, spørger vi, hvordan man laver boller, får en snak om gærceller og betydning af salt i brød. Vi kommer ind på næringsstoffer i vores mad, vitaminer, mineraler, det sunde og usunde fedt, samt fiberrig kost. Eleverne har ikke læst lektier til dette første modul. Vi undersøger, hvad de ved om emnet i forvejen. Vi kigger så småt på energiens fordeling efter vægt % og efter energi % i fedt, kulhydrater og proteiner. Lektie til efterfølgende modul er s hentet fra bogen Biologi til tiden, Lone Als Egebo m.fl., Nucleus Modul Ernæringslære. 2. modul starter med repetitionsspørgsmål fra forrige modul. NV spørgsmål og repetition. 1) Hvad er gær? 2) Hvad sker der ved en gæring? 3) Hvad er respiration? 4) Hvorfor skal gæren opløses i ca. 30 grader varmt vand? 5) Hvorfor hæver brødet? 6) Hvorfor er hævningen afhængig af temperaturen? 7) Hvad består brød primært af? 8) Hvad består kød primært af? 9) Hvad er et organiskstof? 10) Giv eksempler på uorganiske stoffer. 11) Hvad er energi? 12) Hvilket organisk stof er mest energi rigt? 13) Hvorfor blev de skrallede æbler brune?

4 14) Hvorfor blev æblerne ikke brune ved tilsætning af citronsaft? Herefter følger en gennemgang af den læste lektie på klassen. Modulet afsluttes med parvis gennemgang af kostens ABC på Lektie til 4. modul er s hentet fra bogen Biologi til tiden, Lone Als Egebo m.fl., Nucleus Energi Kan jeg komme op ad trappen i boghuset for energien i en rosin? Når du hæver din krop skal der bruges energi. Det er hårdere og vi bliver mere forpustede når vi går op af et bjerg end når vi spadserer vandret. Med højden har vores kroppe mere potentiel energi eller beliggenhedsenergi. Sidder du på en cykel vil du tabe potentiel energi, når du kører nedad. Men energi er bevaret, så i stedet for at have potentiel energi så får du bevægelsesenergi eller kinetisk energi og du kører hurtigere og hurtigere, når du ikke bremser. Bremser du og holder farten på vej ned bliver den potentielle energi til en anden form for energi, nemlig indre energi i hjul og bremseklodser, dvs. varme. Her skal du finde vægten af din krop, m, og du skal måle trappens lodrette højde, h. Din potentielle energi ved øverste trin er E pot = m*g*h større end ved nederste trin, hvor g er tyngdeaccelerationen på 9,82N/kg. Udregn E pot =m*g*h= = Læs på posen med rosiner hvor stor energien pr 100 gram. Vej 10 rosiner og regn ud hvor mange Joule der er i en rosin. E rosin = = Joule. Når du spiser en rosin får du altså tilført energien E rosin = J og du kan se om du så får nok energi til at komme op ad trappen, kunne man tænke, men din krop skal bruge en masse energi for overhovedet at fungere. For eksempel skal hjertet slå og pumpe blod rundt. Vi kan regne med at kun 20-25% af den energi du spiser kan bruges til at gå op ad trappen, så din nyttevirkning er kun 20-25%. Hvor meget energi har du så fra rosinen? Er det nok til at komme op? Læse i ORBITC side 81-84

5 4. Modul Kulhydrater, proteiner og fedt Arbejdsspørgsmål til ernæring. 1) Hvorfor skal man spise frugt og mange grøntsager hver dag? 2) Hvorfor skal man ofte spise fisk? 3) Hvorfor skal vi have kulhydrater og hvad bruges de til i kroppen? 4) Giv eksempler på fødevarer med et højt stivelses indh. 5) Hvor mange KJ er der i 1 g kulhydrat? 6) Hvorfor skal vi spise fedt og hvad bruges fedtet til i kroppen? 7) Hvor mange KJ er der i 1 g fedt? 8) Giv eksempler på fødevarer med et højt indh. af protein. 9) Hvad bruges proteinerne til i kroppen? 10) Hvor mange aminosyrer findes i naturen? 11) Hvad menes med at 8 aminosyrer er essentielle? 12) Hvor meget energi er der i 1 g protein? 13) Giv eksempler på hvad vi skal bruge vitaminer og mineraler til. 14) Hvad er den anbefalede procentvise energifordeling af hhv kulhydrater, proteiner og fedt? Herefter følger en gennemgang af den læste lektie på klassen. Modulet afsluttes med en individuel test i de 8 kostråd på

6 5. Jordnøddekogeapparat Læs på pakken med jordnødder, hvor meget energi der er i 100 gram jordnødder. Du må gerne spise af nødderne. Flæk en jordnød og vej den. Du kan nu beregne den udviklede energi som E = B*m, hvor B er brændværdien. Læse ORBITC side 74. Sæt den på en nål og antænd den, men ikke lige nu. Vi skal først kigge på et apparat der kan modtage noget af energien. Apparatet er et lille bægerglas med vand. Vandets temperatur stiger, når vi brænder nøden af nedenunder. Vi kan beregne hvor mange Joule vandet modtager ved først at veje bægeret uden vand og dernæst vej det med vand og så trække bægeret masse fra. Vand har som andre materialer et mål for sin evne til at rumme energi. Den mængde energi vi skal tilføre for at et kilogram af materialet stiger en grad i temperatur kaldes den specifikke varmekapacitet. Vands er c v = 4186 Joule/(kg*grad). Så hvis du kender massen, m, og har målt temperaturstigningen, Δt, så kan vi finde størrelsen af den tilførte energi ved ΔE = m*c*δt. Læse i ORBITC side Når du har vejet bæger og bæger med vand, sætter du et termometer ned i vandet, rører rundt og aflæser temperaturen, t begynd. Så antænder du jordnødden nede under vandet, rører og af læser temperaturen hvert halve minut mens nøden brænder og et par gange efter den er slukket, t slut. Ud fra begyndelses- og sluttemperatur beregner du den tilførte energi i Joule. Du har beregnet energien fra jordnødden og du kan nu finde konstruktionens virkningsgrad, som den energi vandet har modtaget divideret med den energi jordnødden har udviklet. Læse ORBITC side Nyttevirkningen η = Evand/Enød = / = %.

7 Vi finder også ud af et fjeldkøkkens nyttevirkning. Her vejer du brænderen med sprit, vejer gryde uden og med vand. Tændt spritbrænderen, sæt gryden over og tag temperaturen. Når temperaturen er kommet op på ca. 60 grader, slukker du brænderen med et lille låg, rører i vandet og aflæser sluttemperaturen. Med sprits brændværdi og massen af den forbrugte sprit beregner du brænderens afgivne energi i Joule. Du finder den tilførte energi i vandet som ΔE = m * c * Δtemp. Nyttevirkningen af kogegrejet: η = ΔE vand /ΔE sprit = / = %. Hvorfor står whiskeyflasken på bordet? Hvad har den med sprit at gøre? Hvorfor skal du indtaste alkohol i kostanalyseprogrammet, Winfood?

8 6. Modul Introduktion til Winfood kostprogram. Modulet indledes med en snak om, energi. Hvad er energi? Hvad ved I nu om energi i rosiner og nødder? Hvad med energien i kulhydrat og fedt? Hvad er potentiel energi? Hvad er nyttevirkning? Herefter forklares hvorledes de skal forberede sig til næste modul ved at veje, måle nedskrive alt, hvad de spiser og drikker, samt deres grad af aktivitet i et udvalgt døgn. Lektie lav en detaljeret kostplan. 7. Modul. Kostprogram, journal og diskussionsspørgsmål. I fagprogrammer biologi på SG ligger kostprogrammet Winfood, dette modul indledes med en introduktion i anvendelse af programmet, hvorefter eleverne enkeltvis/parvis indtaster data fra medbragte kostplan, efterfulgt af beregning. Eleverne skriver journal, og arbejder parvis med diskussionsspørgsmål. Samtidig foregår individuel snak med hver elev om resultatet af deres kostanalyse. Lektie æg eksperimenter og hoppeæg. 10. Modul. Osmose med ægeksperimenter og hoppen æg. Indledningsvis en snak om Osmose. Dernæst en gennemgang af øvelsen og parvis opstilling af hypotese. Eksperimentelt arbejde se nedenstående, og udarbejdelse af journal. Ægsperiment: Et ægs skal består af kalk. for at fjerne skallen, lægger man ægget i eddikesyrer i 1-2 dage. Og vupti, så er skallen væk

9 Så putter vi et æg i hver væske, herunder: Æg A) Isotonisk vand (betyder samme spænding, dvs. vand der svarer til det vand der er inde i ægget) Osmose 1,5 gram kali (Saltet er ikke kommet i i denne analyse) 2,5 g. NaCl 50 g. sukker 1 L. vand Æg B) Demineraliseret (uden mineraler) Æg C) 3 gange stærkere væske end Isotonisk Tid M A d A m B d B m C D C Time Gram Cm Gram Cm Gram cm (massen) (diameter) 0 69,3 5,5 75,7 5,2 63,2 5,0 1/4 69,6 5,0 76,6 5,2 63,4 5,5 1/2 70,4 5,0 77,8 5,2 63,9 3/4 70,73 5,0 78,4 5,2 64,5 1 71,5 79,2 64,3 1 3/4 72,6 80,8 64,9 2 75,7 81,1 64,8 2 1/4 73,0 81,4 65,3 2 2/4 72,8 81,3 65,2 2 3/4 81,5 65,4 fejlkilde: der kan være vand på ægget, når det vejes. fejlkilde: KCl mangler Vi putter et æg i sukker (el. sirup, om man vil). Ægget krymper, fordi sukkeret trækker vand ud.

10 11. Hvilken ske brænder på fingrene først? Stål, sølv, træ, porcelæn, aluminium eller plastik? Det er et spørgsmål om varmeledningsevnen. Her kan du se tabeller for varmeledningsevne. Mange af stofferne kender du: Hvilke andre fysikvariable ville du tage hensyn til, hvis du skal vælge hvilket stof skeen skal være lavet af? - Lettest for dig at fremstille i en svensk skov, når den er brækket. - Mest energikrævende at fremstille. - Helst med i rygsækken på en lang vandretur. - Mest hygiejnisk. - Mest miljøvenlig at komme af med.

11 12. Modul. Varmeledningsevne. Formål: at finde materialet flamengos varmeledningsevne, som man har givet symbolet, λ. Den måles i W/(m*K). W er enhed for effekt, Watt, m er enhed for længde, meter, og K er enhed for temperatur, Kelvin. Vi bruger Celsius normalt, men når vi har en temperaturændring er 1 grad Celsius = 1 grad Kelvin. Opstilling: Inde i kassen hænger en lastbilpære og varmer luften op. Pærens effekt kommer fra strømforsyningen yderst til venstre og måles med effektmåleren. Vi opsamler data med en LabPro. Temperaturen inde og ude giver os temperaturforskellen, Δt. Her ses temperaturudviklingen i og uden for kassen. Vi skal bruge temperaturforskellen og lader programmet udregne den:

12 Temperaturforskellen er her blevet Δt = 32,8 0 C efter en halv times tid. Når temperaturen inde i kassen ikke stiger mere kan vi regne med at tabet af energi hvert sekund, effekten P tab, ud gennem kassens sider er lige så stor som den effekt vi tilfører med pæren, P pære. P pære aflæser vi i Watt på effektmåleren. Måler vi kassens højde, h, længde, l, og bredde, b, kan vi udregne overfladens areal i kvadratmeter, A = 2*h*l+2*h*b 2*l*b. Vi måler væggenes tykkelse, L, og så har vi alle størrelser til at finde den varmeledningsevnen med formlen: λ = P *L/(A* (ti-tu)) = 31 W * 0,025m /(1,15m 2 *32,8 0 C) = W/(m*K). Her kan du se tabeller for varmeledningsevne:

13 13.b Læreren bygger høkasse af polystyren sammen med særligt interesserede elever. Høkassen konstrueres af en polystyrenplade til gulve 60cm * 120cm * 10cm og skæres i tre dele med varm tråd. Med osteskærerstrenge af rustfri stål fås passende varmeskærer. Aluminiumsskinnerne er til almindeligt gardinophæng. Strømforsyningens strømbegrænser sættes på 2,5 3 Ampere. Med skæreapparat og centreringsakse skæres et hul svarende til kasserollen. Aksen skal være af ikke ledende materiale fx en tilsnittet spisepind af bambus.

14 I tre timer afprøves høkassen: LoggerPro-graf viser temperaturfald fra 88 til 70 grader på 180 minutter eller 3 timer: Kasserollen har stået på en komfurplade i 10 minutter med otte aspargeskartofler og er derefter nedsat i høkassen og LoggerPro er startet. Temperaturen ses at falde med 2 grader på 20 minutter. At holde temperaturen uden at bruge elektrisk energi til komfuret er en sparemulighed. Hvilke fordele kan der ellers være ved at bruge høkasse?

15 14. Modul. Vi laver mad. Vi afholder 14. og 15. modul mandag aften på skolen, hvor vi har 2 køkkener til vores rådighed. Eleverne opdeles i grupper der laver hhv. kartofler, kartoffelmos, kartofler i høkasse, agurkesalat, sovs og pandestegte frikadeller, frikadeller stegt i ovn, frugtsalat og håndpisket flødeskum. Der måles temperaturudvikling i frikadeller i ovn og på pande og forskellen skal tolkes ved brug af begrebet om varmeledningsevne for stål og for luft. Med begreb om osmose forklares Frøken Jensens opskrift: - Hvor længe skal en kartoffel være nedsænket i kogende vand for at opnå ca. 100 grader i midten? Du skal måle temperaturudviklingen i kartofler lagt i kogende vand og i kartofler færdigtilberedt i høkasse ved brug af LoggerPro. Kartoflernes tykkelse kan kontrolleres med fx et 40 mm afløbsrør. Et grillspid vil mindske risikoen for flækkede kartofler. Grøn graf er termometer direkte i det kogende vand. Blå graf er termometer i kartoffel med kendt diameter 2 cm. Rød graf er termometer i kartoffel med kendt diameter 2 cm, men med tendens til at løsne sig fra kartoffel. Orange graf er termometer i aspargeskartoffel med mindre diameter end 2 cm. Spørgsmål om variabelkontrol ses her i at aspargeskartoflen begynder ved lavere temperatur, men den overhaler de tykkere kartofler på grund af sin mindre diameter.

16 Gourmet-øvelse: Der undersøges forskellige arter kartofler. Der afprøves forskellige tider for kartofler i høkassen med henblik på at opnå den bedste smag og en bedste konsistens. Herunder undersøges det om kartoflerne skal ligge med eller uden vand i kasserollen i høkassen. Med flere høkasser kan forskellige kokke lade deres mad prøvesmage. Smagsdommere kan premiere. 15. Modul. Vi spiser og fremlægger resultater. Nu er der hyggelig fællesspisning. Mellem hovedret og dessert fremlægger de enkelte grupper deres fremgangsmåde og vigtigste resultater. En skriftlig sammenfatning fra de enkelte grupper lægges i fronter rum, og bliver således tilgængeligt for alle i forbindelse med efterfølgende rapportskrivning.