Ο παραδοσιακός τρόπος εκτίμησης της θερμιδικής αξίας των τροφών είναι ο άμεσος, με τη μέτρηση της θερμότητας που εκλύεται κατά την πλήρη καύση ζυγισμένης ποσότητάς τους σε ένα θερμιδόμετρο τύπου οβίδας. Η θερμότητα που εκλύεται θερμαίνει μία ορισμένη ποσότητα νερού και από την αύξηση της θερμοκρασίας υπολογίζεται το θερμιδικό περιεχόμενο του δείγματος που κάηκε.
Οι μαθητές μπορούν με απλά υλικά να κατασκευάσουν ένα τέτοιο θερμιδόμετρο.
Συνοπτικά, τα βήματα κατασκευής μίας τέτοιας διάταξης είναι τα εξής (εικόνα 1):
Παίρνουμε ένα κυλινδρικό κουτί από καφέ και στον πυθμένα του ανοίγουμε μία τρύπα τέτοιας διαμέτρου, ώστε να εφαρμόζει το μαύρο δοχείο μέτρησης της απορρόφησης ακτινοβολίας (υπάρχει στα περισσότερα σχολικά εργαστήρια), ή κάποιο αντίστοιχο δοχείο. Καλύπτουμε τις πλευρικές επιφάνειες του κουτιού του καφέ με μονωτικό υλικό, ώστε να είναι μικρές οι απώλειες θερμότητας. Πάνω από το άνοιγμα του μαύρου δοχείου τοποθετούμε κάλυμμα με μονωτικό υλικό, το οποίο έχει άνοιγμα στο κέντρο, ώστε να διέρχεται στο εσωτερικό του δοχείου ένα θερμόμετρο και ένα κεκαμμένο σύρμα ανάδευσης. Στο εσωτερικό του δοχείου τοποθετούμε 100 ml νερού. Η όλη διάταξη τοποθετείται πάνω σε τρίποδο, ώστε κάτω από το δοχείο να γίνει μία αντίδραση καύσης. Η θερμότητα που εκλύεται από την καύση του αντικειμένου ανεβάζει τη θερμοκρασία του νερού που βρίσκεται μέσα στο μαύρο δοχείο.
Η διάταξη αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τους μαθητές για να μετρήσουν τη διαφορά της θερμιδικής αξίας ανάμεσα σε διάφορους τύπους τροφών – ενδεικτικά, τη διαφορά ανάμεσα στα λίπη και τους υδατάνθρακες. Η πιο απλή πηγή λίπους για την πραγματοποίηση του πειράματος μπορεί να είναι το ελαιόλαδο, ενώ πηγή υδατάνθρακα που θα χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο, μπορεί να είναι ένα κομμάτι ξύλο (μπορεί η κυτταρίνη να μην μεταβολίζεται από τον ανθρώπινο οργανισμό, δεν παύει όμως να αποτελείται από μόρια γλυκόζης και να αποτελεί τροφή για πολλούς μικροοργανισμούς).
Η διαδικασία μέτρησης είναι η εξής: Κάτω από την πειραματική διάταξη τοποθετείται ορισμένη ποσότητα λαδιού (που έχει ζυγιστεί σε ζυγό ακριβείας), στην οποία έχουμε προσαρμόσει κάποιο φιτίλι. Αφού καεί κάποια από την ποσότητα του λαδιού, μπορούμε να μετρήσουμε τη διαφορά της θερμοκρασίας του νερού στο δοχείο και να κάνουμε αναγωγή στη μονάδα μάζας. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και για τον υδατάνθρακα. Οι μαθητές μπορούν εύκολα να διαπιστώσουν τη μεγάλη διαφορά ανόδου της θερμοκρασίας που προκαλείται από ένα γραμμάριο λίπους σε σχέση με ένα γραμμάριο υδατάνθρακα.
Εικόνα 1. Κατασκευή θερμιδόμετρου με το μαύρο δοχείο μέτρησης της απορρόφησης ακτινοβολίας, κουτί από καφέ, σύρμα για ανάδευση και μονωτικό υλικό.
Συμπλήρωση: Με την ίδια συσκευή μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμότητα κάυσης οποιασδήποτε ουσίας, με την κατάλληλη διάταξη.
Για παράδειγμα, στην εικόνα 2 μπορούμε να δούμε πώς μπορούμε να μετρήσουμε τη θερμότητα καύσης της αιθανόλης. Στην περίπτωση αυτή, υπάρχει το πρόβλημα της εξάτμισης της αιθανόλης, αν τοποθετηθεί σε ανοιχτό δοχείο. Για το λόγο αυτό, εργαζόμαστε ως εξής:
Χρησιμοποιούμε ένα δοχείο με πώμα, στο οποίο ανοίγουμε μία τρύπα. Προσαρμόζουμε στην τρύπα αυτή ένα λεπτό σωληνάκι (στη φωτογραφία πρόκειται για τμήμα από πριτσίνι). Περνάμε ένα κομμάτι σπάγκο μέσα από το σωληνάκι, έτσι ώστε να λειτουργεί ως φυτίλι. Με τον τρόπο αυτό ελέγχουμε την ποσότητα της αιθανόλης που καίγεται. Τοποθετούμε τη διάταξη αυτή κάτω από το θερμιδόμετρο και μετράμε την αύξηση της θερμοκρασίας.
Εικόνα 2. Μέτρηση της θερμότητα καύσης της αιθανόλης.