Der Brennwert von Lebensmittel steht auf jeder Verpackung und wir in kcal (Kilokalorie) bzw. kJ (Kilojoule) angegeben. Diesbezüglich drücken sich viele Menschen aber falsch aus und verwenden nicht den Einheitenpräfix kilo, sondern nur Kalorie. So habe ihr Joghurt zum Beispiel 180 Kalorien, was natürlich ein Blödsinn ist, denn der richtige Wert ist 1000-mal größer!

Da Kalorie und Joule in einem Atemzug genannt werden, müssen sie Einheit der gleichen physikalischen Größe sein und zwar der Energie. Wie hängen sie aber zusammen? Die Einheit Kalorie kommt aus der Wärmelehre und zwar entspricht 1 cal genau der notwendigen Wärme Q, um 1 g Wasser um 1 °C zu erwärmen.

Die Formel für die Erwärmung eines Körpers/Flüssigkeit lautet:

Dabei entspricht Q der zu- oder abgeführten Wärme, c ist die sog. spezifische Wärmekapazität des jeweiligen Körpers, m dessen Masse und ΔT die erzielte Temperaturänderung. Was kann man sich unter c vorstellen? Nun Q = c für m = 1 kg und ΔT = 1 °C. In Worten: Die spezifische Wärmekapazität c eines Körpers ist die notwendige Wärme Q, um 1 kg des Körpers um 1 °C zu erwärmen. Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von c = 4155 J/kg · °C, was ein sehr hoher Wert ist.

Hier habe ich die spezifische Wärmekapazität von Wasser experimentell bestimmt: https://stoppi-homemade-physics.de/spezifische-waermekapazitaet/

Wir wissen also: Um 1 kg Wasser um 1 °C zu erwärmen, werden 4155 J benötigt. Daher braucht man für 1 g Wasser nur noch 4.155 J, was dann genau 1 Kalorie entsprechen sollte (siehe oben). Es gilt also der Zusammenhang: 1 cal = 4.155 J.

Besitzt also ein Lebensmittel z.B. einen Brennwert von 200 kcal/100g, so entspricht dies 200 · 4.155 = 831 kJ/100g. Was kann man sich aber unter dem Brennwert eines Lebensmittel nun vorstellen? Es ist genau jene Wärme/Energie pro Gramm, welche bei vollständiger Verbrennung freigesetzt wird.

Genau diesen Brennwert möchte ich in einem Experiment durch den Bau eines Kalorimeters bestimmen. Der Aufbau sieht wiefolgt aus:

Das Lebensmittel, z.B. die Nuss wird entzündet und deren Flamme erhitzt das in der kleinen Dose befindliche Wasser. Die für dessen Erwärmung notwendige Wärme Q kennen wir aber durch die oben beschriebene Formel Q = c · m · ΔT mit c = 4155 J/kg·°C bzw. 1 cal/g·°C für Wasser. Damit die Flamme nicht rußt, befinden sich unten in der großen Dose viele Löcher.

Die Flamme des Lebensmittel erhitzt aber natürlich nicht nur das Wasser, sondern die kleine Dose selbst und auch die Luft. Damit aber möglichst viel Wärme für die Erhitzung des Wassers genutzt wird, soll zwischen kleiner und großer Dose nur ein kleiner Luftspalt von ca. 5–10 mm Breite vorhanden sein. Aber selbst dadurch wird man Wärmeverluste haben die dazu führen, dass nur ein gewisser Prozentsatz (z.B. 70%) der freiwerdenden Wärme in die Erwärmung des Wassers fließt. Aufgrunddessen wird der Brennwert des Lebensmittel IMMER zu niedrig bestimmt!

Hier zwei Tabellen mit Brennwerten:

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Physiologischer_Brennwert

Nüsse besitzen demnach einen Brennwert von 2000 – 2600 kJ/100 g bzw. 20 – 26 kJ/g. Sie bestehen aus ca. 60% Fett, 25% Protein und 10% Kohlenhydraten. Der Brennwert von reinem Fett liegt noch um einiges höher bei 37 kJ/g.

Die ersten Sachen für das Experiment habe ich mittlerweile besorgt:

Die Bierdose ist rein nur für den Versuch, denn Bier schmeckt mir in keinster Weise…

Als Lebensmittel habe ich mich für Walnüsse entschieden:

Wenn es Neuigkeiten gibt, geht es hier weiter…