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요리의 에너지 균형은 무엇입니까?

요리의 에너지 균형은 무엇입니까?


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음식을 요리하면 분명히 몇 가지 정력적인 이점을 얻을 수 있습니다.

  • Thermal : 음식의 온도가 내 몸이나 내장의 온도에 가깝거나 높기 때문에 데우기 위해 에너지를 생산할 필요가 없습니다.

  • 화학 물질: 조리 작업 중 유기 화합물의 변형은 잠재적인 형태로 에너지를 저장할 수 있습니다. 소화 과정에서 생것보다 이러한 화합물에서 더 많은 에너지가 방출됩니다.

  • 기계적 : 음식을 씹고, 흡수하고, 소화관에서 전도하기 쉬워져 사용되는 근육의 힘이 줄어듭니다.

  • 요리 절차에는 물에 담그는 과정이 포함될 수 있으며 물이 음식에 침투하여 위에서 설명한 세 가지 에너지 측면을 모두 개선할 수 있습니다.

(나는 몇 가지를 잊어 버렸을 수 있습니다)

그러나 생식의 줄 섭취량과 비교하여 이러한 이점의 각각의 규모는 무엇입니까?

예를 들어 고기에 초점을 맞추면 쇠고기나 닭고기와 같이 개인의 취향과 상관없이 사람이 먹는 최적의 조리 시간/온도 및 식사 온도가 있습니까?


내가 음식을 요리하면 분명히 몇 가지 에너지 이점을 얻을 수 있습니다 ...

좀 더 명확하게 해봅시다. 당신이 이야기하는 경우 에너지 신체 내에서 단백질, 알코올, 지방 및 설탕을 말하고 있습니다. 너는 ~ 아니다 말하는 비타민이나 미네랄 또는 음식에서 사용할 수 있는 고유한 화합물(예: 특정 항산화제).

Thermal : 음식의 온도가 내 몸이나 내장의 온도에 가깝거나 높기 때문에 데우기 위해 에너지를 생산할 필요가 없습니다.

당신은 몸의 온도를 크게 변화시킬 만큼 충분히 먹을 수 없습니다. 평균적인 미국인은 하루에 대략 5.4파운드의 음식을 먹습니다. 또는 한 끼에 대략 2파운드의 음식을 먹습니다. 날 음식도 실온에 있기 때문에 먹은 음식을 데우기 위한 신진대사 요구 사항은 무시할 수 있습니다.

중요한 것은 산도와 노출입니다. 음식은 일반적으로 특정 작동 경계를 가진 촉매와 단백질에 의해 분해되고 활용됩니다. 이것이 위 내용물이 산성인 이유입니다. 그러나 정상적인 식사는 pKa 값이나 온도 조절 요구 사항을 통해 소화 기능을 크게 변경하지 않습니다.

어떤 요리 ~ 할 수있다 사용할 수 있는 에너지원을 보다 쉽게 ​​사용할 수 있도록 원시 식품의 단백질 또는 화합물을 변성시키는 것입니다. 그러나 그것은 또한 쉽게 그들을 파괴할 수 있습니다(바베큐 스테이크의 '숯'은 조직의 탄소를 제외한 거의 모든 것을 파괴할 수 있을 만큼 충분히 오랫동안 고열에 노출된 고기입니다). 식품이 다량 영양소를 얻거나 잃는지는 특정 식품과 그 준비에 달려 있습니다. 좋은 예는 자연 상태의 전분(설탕)으로 가득 찬 감자입니다. 그러나 감자 튀김 / 프릿 / 칩은 종종 튀기기 전에 데칩니다. 희게하면 많은 양의 전분이 물에 용해되어 최종 제품에 더 적은 설탕이 남습니다. 그러나 튀김 과정은 본질적으로 음식에 지방을 추가하고 지방은 설탕보다 에너지 밀도가 더 높기 때문에 칼로리 함량에서 순 증가를 얻을 수 있습니다.

기계적 : 음식을 씹고, 흡수하고, 소화관에서 전도하기 쉬워져 사용되는 근육의 힘이 줄어듭니다.

일부 식품의 경우 이것이 사실입니다. 야채를 찌면 종종 씹거나 먹기가 더 쉬워집니다. 스튜와 수프의 국물에는 종종 지방 미셀과 용해된 설탕이 포함되어 있어 소화 시스템에 더 빠르고 빠르게 노출됩니다. 명심하세요, 당신은 ~ 아니다 그렇게 함으로써 음식에서 칼로리 함량의 순 이득을 얻지만, 단지 활용 시간을 줄이는 것입니다.

덜 씹어서 절약되는 칼로리는 한심할 정도로 작을 것이므로 이전 단락을 수정하면 다음과 같습니다. 예, 일부 음식의 경우 요리를 하면 더 쉽게 씹을 수 있어 에너지가 절약되는 것이 사실입니다. 그러나 여분의 초콜릿 칩이나 쌀 한 숟가락으로 절약된 에너지를 쉽게 충당할 수 있습니다.

요리 절차는 물에 담그는 것을 포함할 수 있으며, 물은 음식에 침투하여 위에서 설명한 세 가지 에너지 측면을 모두 개선할 수 있습니다.

에너지원이 수용성인 경우(즉: 알코올, 케톤 및 설탕) 그런 다음 침수 - 당신이 또한 물 용액을 소화하고 있다고 가정하면 - 제안할 것이다 더 빠르게 반드시 더 많은 것은 아닙니다.

그러나 생식의 줄 섭취량과 비교하여 이러한 이점의 각각의 규모는 무엇입니까?

거의 모든 경우에 무시할 수 있습니다. 요리가 하는 일은 음식을 더 맛있게 만들고 미량 영양소/비타민을 더 많이 사용할 수 있게 만드는 것입니다(~ 아니다 다량영양소), 뿌리를 익혀야 먹을 수 있는 타로식물의 경우와 같이 식품을 우선 식용으로 한다.

예를 들어 고기에 초점을 맞추면 쇠고기나 닭고기와 같이 개인의 취향과 무관하게 사람이 먹는 최적의 조리 시간/온도 및 식사 온도가 있습니까?

아니요. 고기를 요리하면 됩니다. 더 안전한 고기를 너무 많이 익히고 뼈가 까맣게 타지 않는 한) 더 맛있게 먹을 수 있습니다. 제대로 조리된 고기는 기생충이나 기타 해로운 유기체를 옮길 가능성이 매우 낮습니다. 그 외에도 고기를 열에 노출시켜야 하는 설득력 있는 이유는 없습니다. 매우 그렇게 해야 하는 설득력 있는 이유.

*위의 내용은 대부분 산발적으로 얻은 지식을 기반으로 합니다. 그렇지 않은 연구 결과가 있는 경우 알려주시면 오류를 수정하겠습니다.


2.9 화학 반응의 에너지

  • 제공: Suzanne Wakim 및 Mandeep Grewal
  • Butte College 교수(세포 분자 생물학 및 식물 과학)

이 오래된 철 사슬은 녹슬면서 소량의 열을 발산합니다. 철의 부식은 화학적 과정입니다. 철과 산소가 연소 또는 연소와 유사한 화학 반응을 겪을 때 발생합니다. 무언가를 태울 때 발생하는 화학 반응은 분명히 에너지를 발산합니다. 당신은 더위를 느낄 수 있고, 당신은 불꽃의 빛을 볼 수 있습니다. 철의 부식은 훨씬 느린 과정이지만 여전히 에너지를 방출합니다. 그것은 에너지를 너무 느리게 방출하므로 온도 변화를 감지할 수 없습니다.

그림 (PageIndex<1>): 녹슨 체인


인간의 음식 섭취와 체중 조절에서 렙틴과 그렐린의 역할: 리뷰

렙틴과 그렐린은 에너지 균형에 중요한 영향을 미치는 것으로 알려진 두 가지 호르몬입니다. 렙틴은 장기적인 에너지 균형 조절의 매개체로 음식 섭취를 억제하여 체중 감소를 유도합니다. 반면에 그렐린은 빠르게 작용하는 호르몬으로 식사 시작에 중요한 역할을 하는 것 같습니다. 비만으로 고통받는 사람들이 증가함에 따라 다양한 호르몬과 신경 전달 물질이 에너지 균형에 영향을 미치는 메커니즘을 이해하는 것이 집중적인 연구 주제였습니다. 비만인 대상에서 순환하는 식욕 부진 호르몬 렙틴 수준은 증가하지만 놀랍게도 식욕 부진 호르몬 그렐린 수준은 감소합니다. 비만 환자는 렙틴 저항성이 있다는 것이 이제 확인되었습니다. 그러나 렙틴과 그렐린 시스템이 비만의 발달이나 유지에 기여하는 방식은 아직 명확하지 않습니다. 이 검토의 목적은 렙틴과 그렐린 호르몬, 음식 섭취와 인간의 체중에서의 역할, 작용 기전에 대한 배경 정보를 제공하는 것입니다. 비만의 발병에 기여할 수 있는 렙틴 및 그렐린 시스템의 가능한 이상에 대해 언급할 것입니다. 또한 약물 표적으로서의 렙틴과 그렐린의 가능성도 논의될 것입니다. 마지막으로 렙틴과 그렐린의 분비와 기능에 대한 식단의 영향에 대해 설명합니다.


요리의 에너지 균형은 무엇입니까? - 생물학

이 질량 보존 원리는 매우 유용합니다. 그것은 오염 물질의 양이 어딘가(예를 들어, 호수)에서 증가한다면, 그 증가는 갑자기 어떤 "마법 같은"' 형성의 결과일 수 없다는 것을 의미합니다. 오염 물질은 다른 곳에서 호수로 운반되었거나 이미 호수에 있던 다른 화합물의 화학 반응을 통해 생성되었을 것입니다. 그리고 화학 반응이 오염 물질의 질량을 증가시켰다면 다른 화합물의 질량도 상응하게 감소시켰을 것입니다. 따라서 질량 보존을 통해 호수의 오염 물질 질량에 대한 예산을 작성할 수 있습니다. 이 예산은 호수로 유입되어 호수를 떠나는 오염 물질의 양과 화학 반응에 의해 형성되거나 파괴되는 오염 물질의 양을 추적합니다. 이 예산은 수표 책의 균형을 맞추는 방법과 유사하게 주어진 기간 동안 균형을 맞출 수 있습니다.

이 방정식의 각 항에는 질량 단위가 있습니다. 이 형태의 균형은 균형 기간의 시작과 끝이 명확할 때 가장 유용하므로 의미가 있습니다. 예를 들어, 수표 책의 잔액은 일반적으로 한 달입니다. 그러나 환경 문제에서는 일반적으로 질량 값으로 작업하는 것이 더 편리합니다. 유량---NS 비율 질량이 시스템에 들어오거나 나가는 지점. 질량 플럭스에 대한 방정식을 개발하려면 질량 균형 방정식을 로 나누어 단위 시간당 질량 단위로 방정식을 생성합니다. 방정식 12를 오른쪽의 첫 번째 항(시간 t에서의 질량)으로 나누고 왼쪽으로 이동하면 다음 방정식이 생성됩니다.

이 방정식의 각 항에는 질량/시간 단위가 있습니다. 방정식 13의 좌변은 와 같습니다. 의 한계에서 이것은 호수의 오염물질 질량 변화율이 된다. 우리는 누적율 오염물질의. 와 같이 방정식 13의 오른쪽에 있는 처음 두 항은 호수로의 질량 플럭스 및 레이크 외부로의 질량 플럭스가 됩니다. 방정식 13의 마지막 항은 비율 화학 생산 또는 손실. 새로운 방정식의 각 항이 다음을 참조한다는 사실을 강조하기 위해 유량 또는 비율, 기호를 사용하여 질량/시간 단위의 질량 플럭스를 나타냅니다. 질량 균형에 대한 방정식은 다음과 같습니다.

방정식 14는 우리가 이 과정에서 다룰 물질 수지에 대한 지배 방정식입니다.

이 섹션의 나머지 부분에서 우리는 물질 수지가 적용되는 영역을 신중하게 정의하는 것의 중요성을 조사하고 방정식 14의 용어를 논의할 것입니다. 그런 다음 물질 수지가 유용한 주요 상황 유형의 예를 제시할 것입니다.

질량 균형은 용어 및 용어가 결정되는 경계가 있는 공간의 특정 영역 측면에서만 의미가 있습니다. 이 지역을 일컬어 볼륨 조절. 질량 균형 방정식의 유도에서 우리는 호수의 오염 물질의 질량과 호수 안팎의 오염 물질의 플럭스를 참조했습니다. 즉, 호수를 제어 볼륨으로 사용했습니다. 이론적으로 모든 모양과 위치의 모든 볼륨을 사용할 수 있습니다. 그러나 현실적으로 특정 제어 볼륨은 다른 볼륨보다 더 유용합니다. 제어 볼륨의 가장 중요한 속성은 계산할 수 있는 경계가 있다는 것입니다. .

잘 혼합된 탱크는 환경 공학에서 사용되는 많은 제어 볼륨의 유사체입니다. 예를 들어, 호수의 예에서 호수에 버려진 오염 물질이 호수 전체에 빠르게 혼합된다고 가정하는 것이 합리적일 수 있습니다. 환경 공학 및 화학 공학에서 용어 연속 교반 탱크 반응기, 또는 CSTR 그러한 시스템에 사용됩니다. CSTR의 예가 그림 1에 나와 있습니다. 방정식 14에서 각 항의 의미를 설명하기 위한 예로 그림 1의 CSTR을 둘러싸는 제어 체적에 대한 질량 균형을 사용할 것입니다.

질량 축적 비율은 정의에 따라 , 또는 입니다. CSTR의 총 질량은 일반적으로 측정할 수 없습니다. 예를 들어, CSTR이 전체 호수를 나타내는 경우 총 오염 물질 질량을 측정하려면 호수의 모든 물을 분석해야 합니다. 그러나 CSTR이 잘 혼합되어 있다는 가정은 이것이 필요하지 않음을 의미합니다. 탱크가 잘 혼합된 경우 오염 물질의 농도는 탱크의 모든 곳에서 동일하며 탱크에서 샘플링한 농도만 측정하면 됩니다. (질량)/(부피)의 농도 단위를 사용하면 탱크의 총 오염 물질 질량은 , 여기서 V CSTR의 볼륨입니다. 따라서 누적 비율은 다음과 같습니다.

여기에서 우리는 CSTR의 볼륨이 일정하다고 가정했습니다. 이는 기체에 대해 항상 유효한 것은 아니지만 일반적으로 액체에 대한 합리적인 가정입니다. 그러나 항상 와 같습니다.

질량 균형 문제는 정상 상태의 문제와 비정상 상태의 문제로 나눌 수 있습니다. 정상 상태는 시간에 따라 변화하지 않는 상황입니다. 들어오는 농도와 유량이 일정하고 나가는 유량이 일정하므로 제어 체적의 농도가 일정합니다. 정상 상태 시스템의 경우, . 비정상 상태는 흐름이 시작 또는 중지될 때 또는 유입되는 흐름의 농도가 변경될 때 발생합니다. 비정상 상태의 경우 는 0이 아닙니다.

그림 1의 예는 CSTR로 들어가는 하나의 파이프를 포함합니다. 파이프를 통해 CSTR로 들어가는 플럭스를 계산하기 위해 질량/부피 단위로 측정된 농도를 다시 사용합니다.

종종 우리는 체적 유량을 알고 있습니다. NS, 각 입력 스트림의 그림 1의 예에서 파이프의 유속은 이고 해당 오염물질 농도는 입니다. 질량 플럭스는 다음과 같이 주어진다.

그것이 질량 플럭스를 제공하는지 아는 방법이 즉시 명확하지 않은 경우 각 항의 단위를 고려하십시오.

체적 유량을 알 수 없는 경우 다른 매개변수에서 계산할 수 있습니다. 예를 들어 유체 속도가 V 그리고 단면적 NS 파이프의 가 알려져 있습니다.

플럭스를 설명하는 또 다른 방법은 다음과 같습니다. 자속 밀도 제이 플럭스가 발생하는 면적을 곱합니다. 제이 의 단위를 가지고 있으며 섹션 3에서 확산을 다룰 때 더 자세히 연구할 것입니다. 이러한 유형의 플럭스 표기법은 공기와 물, 표면 사이의 경계면과 같이 유체 흐름이 없는 경계면에서 가장 유용합니다. 호수.

CSTR에서 나오는 플럭스는 출구 파이프의 체적 유량에 출구 파이프의 농도를 곱한 것과 유사합니다. CSTR이 잘 혼합되어 있기 때문에 CSTR을 떠나는 액체의 농도는 CSTR 내부의 농도와 같습니다. CSTR 내의 농도를 간단히 다음과 같이 참조하는 것이 일반적입니다. . 따라서,

용어는 그물 질량/시간 단위의 화학 반응으로 인한 오염 물질 생산 비율. 따라서 다른 화합물이 반응하여 오염 물질을 형성하는 경우 오염 물질이 다른 화합물을 형성하기 위해 반응하여 오염 물질의 손실을 초래하는 경우 음수는 0보다 클 것입니다. 화학 반응에 의한 화합물의 생성 또는 손실은 일반적으로 질량이 아닌 농도로 설명됩니다. 따라서 의 화학적 변화율을 곱해야 합니다. 집중 질량/시간 단위를 얻기 위해 CSTR의 부피로:

  1. 보수적 오염물질. 화학적 형성이나 손실이 없는 오염물질을 보수적 인 화학 보정 없이 질량이 보존되기 때문입니다. 그러한 화합물의 경우 , 그것도 암시합니다.
  2. O-차수 붕괴. 오염물질의 손실률은 일정합니다. -차수 붕괴가 있는 오염물질의 경우, 그리고 .
  3. 1차 붕괴. 오염물질의 손실률은 농도에 정비례합니다. 이러한 오염물질의 경우, .
  4. CSTR에서 다른 화합물의 농도에 의존하는 비율로 생산. 이 상황에서 우리의 오염 물질은 CSTR의 다른 화합물과 관련된 화학 반응에 의해 생성되며 0보다 큽니다. 이러한 유형의 상황에 대한 예는 과정의 파트 III에서 제공됩니다.

원자로 분석 화학 반응기인 제어 체적에서 오염 물질 농도를 분석하기 위해 질량 균형을 사용하는 것을 말합니다. 그러나 "반응기"라는 용어에 속지 마십시오. 반응기는 우리가 원하는 모든 제어 볼륨이 될 수 있습니다. 그래서 용어 원자로 분석 환경 상황에 대한 물질 균형 프로세스의 적용을 설명하는 데도 사용됩니다. 원자로 분석은 CSTR(연속 교반 탱크 원자로)과 PFR의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 플러그 흐름 반응기. 우리는 이미 CSTR을 정의했습니다. 이것은 잘 혼합된 환경 저장소를 모델링하는 데 사용되는 단순히 잘 혼합된 탱크입니다. Plug Flow Reactors는 본질적으로 파이프이며, 유체가 상류-하류 방향으로 혼합되지 않는 강과 같은 것을 모델링하는 데 사용됩니다.

이 섹션에서는 CSTR이 모델링에 사용되는 상황 유형의 예를 제시합니다. 플러그 흐름 반응기는 다음 섹션의 예에서 설명되고 사용됩니다. 예 2.1은 둘 이상의 유입 흐름의 혼합으로 인해 발생하는 물질의 농도를 결정하기 위해 CSTR 분석을 사용하는 것을 보여줍니다. 이러한 유형의 계산은 하수 유출의 하류 하류에서 초기 BOD 부하를 결정하기 위해 이 과정의 세 번째 부분에서 다시 사용됩니다. 예 2.2 ~ 2.4는 그림 1의 탱크를 참조하고 1차 화학적 붕괴가 있거나 없는 정상 상태 및 비정상 상태 상황을 보여줍니다. 예 2.2, 2.3 및 2.4의 계산과 완전히 유사한 계산을 사용하여 처리 반응기에서 배출되는 하수 오염물질의 농도, 새로운 오염원으로 인한 호수 내 오염물질 농도 증가율 및 소요 기간을 결정할 수 있습니다. 오염원이 제거되면 호수나 원자로에서 붕괴되는 오염 물질 수준.


  예 . . 혼합 문제 폐수 처리장의 하수관은 5.0mg/l의 인 화합물(mg P/l로 보고됨)을 포함하는 1.0m/s의 폐수를 상류 유속 25m/s 및 인 농도 0.010인 강으로 방류합니다. mg P/l(그림 2 참조). 하수 유출의 하류 하류에서 발생하는 인의 농도는 mg/l 단위로 얼마입니까?
해결책: 이 문제를 해결하기 위해 두 가지 질량 균형을 적용하여 먼저 다운스트림 체적 유량( )을 결정하고 두 번째로 다운스트림 인 농도( )를 결정합니다. 그러나 먼저 제어 볼륨을 선택해야 합니다. 입력 및 출력 플럭스가 제어 체적 경계를 가로지르도록 하려면 제어 체적이 하수 배출구의 강 상류와 하류를 가로질러야 하고 하수관을 가로질러야 합니다. 선택한 제어 볼륨은 그림 2에 점선으로 표시됩니다. 우리는 통제 부피가 통제 부피를 떠나기 전에 하수와 강물이 잘 혼합될 만큼 충분히 강 아래로 확장된다고 가정해야 합니다. 그 가정이 충족되는 한 제어 볼륨이 하류에서 얼마나 확장되는지는 우리의 분석에 전혀 차이가 없습니다.

분석을 시작하기 전에 이것이 정상 상태 또는 비정상 상태 문제인지, 그리고 화학 반응 항이 0이 아닐지 여부를 결정해야 합니다. 문제 설명은 시간을 전혀 언급하지 않고, 하천과 하수 모두 일정 기간 동안 흐르고 있었고 계속 흐를 것이라고 가정하는 것이 합리적으로 보이기 때문에 이것은 정상 상태 문제입니다. 하수는 화학적 및 생물학적 반응에 참여합니다. 그러나 우리는 여기에 관심이 있습니다. 혼입---즉, 두 흐름이 혼합된 직후의 농도 결과입니다. 따라서 우리는 반응이 일어나기에 충분한 시간 없이 즉시 혼합이 일어난다고 가정할 것입니다. (a) 무엇입니까? 우리는 총 하천 질량에 대한 질량 균형을 수행합니다. 이 경우 질량/부피 단위로 나타낸 강물의 "농도"는 단순히 물의 밀도, .

여기서 우리는 화학 반응을 무시하기 때문에 용어가 0으로 설정되었습니다. 이것은 정상 상태 문제이므로 . 따라서 밀도가 일정하면 , 또는 . (b) 무엇입니까? 다시 말하지만, 화학적 형성이나 붕괴가 없는 정상 상태가 있습니다.


  예 . . 1차 감쇠가 있는 정상 상태 CSTR 그림 1에 표시된 CSTR은 1차 동역학에 따라 폐기물을 파괴하는 반응을 사용하여 산업 폐기물을 처리하는 데 사용됩니다. 반응기 부피는 500m, 단일 입구 및 출구의 체적 유량은 50m/day, 입구 폐기물 농도는 100mg/l입니다. 출구 농도는 얼마입니까?
해결책: 명백한 제어 볼륨은 탱크 자체입니다. 단일의 일정한 출구 농도가 요구되며 모든 문제 조건은 일정합니다. 따라서 이것은 정상 상태 문제입니다. 질량 균형 방정식은

에 대한 해결 , 우리는 그것을 발견

수치 해법은


  예 . . 비정상 상태 CSTR, 보존 물질 그림 1에 표시된 CSTR은 보존성 물질과 함께 사용됩니다. 반응기는 시작되기 전에 깨끗한 물로 채워집니다. 시작 후 100mg/l의 오염 물질을 포함하는 폐기물이 50m/day의 유속으로 추가됩니다. 반응기의 부피는 500m입니다. 반응기가 시작된 후 시간의 함수로 반응기를 빠져나가는 농도는 얼마입니까?
해결책: 물질은 보수적입니다. 따라서 물질 균형 방정식의 화학 반응 항은 0과 같습니다. 질량 균형 방정식은

오른쪽( )의 추가 항 때문에 이 방정식은 예제 2.4를 풀었던 방식으로 즉시 풀 수 없습니다. 그러나 변수를 변경하면 이 방정식의 형태를 예제 2.4와 유사하게 만들 수 있습니다. 허락하다 . 가 일정하므로 . 따라서 위의 마지막 방정식은 다음과 같습니다.

재배열 및 통합,

우리가 지금 대신한다면 와이, 우리는 얻는다

두 번째 방정식은 탱크가 깨끗하게 시작되었기 때문에 관찰을 사용하여 얻습니다. 재정렬하면 얻을 수 있습니다

이것은 문제 진술에서 제기된 질문에 대한 해결책입니다. 및 . 이것은 보수적 인 물질이기 때문에 놀라운 일이 아닙니다. 충분한 시간 동안 반응기를 가동하면 반응기의 농도가 결국 입구 농도에 도달하게 됩니다. 우리가 도출한 방정식을 사용하여 시간의 함수로, 우리는 결정할 수 있습니다 얼마나 오래 농도가 유입구 값의 90%에 도달하려면 시간이 걸립니다.


  예 . . 1차 감쇠가 있는 비정상 상태 CSTR 예 2.2에서 폐기물을 생성하는 제조 공정을 중단해야 하며, t=0, CSTR에 들어가는 농도는 0으로 설정됩니다. 농도가 0으로 설정된 후 시간에 따른 출구 농도는 얼마입니까? 탱크 농도가 초기 정상 상태 값의 10%에 도달하는 데 얼마나 걸립니까?
해결책: 조건이 시간의 함수로 변하기 때문에 이것은 분명히 비정상 상태 문제입니다. 이를 해결하기 위해 다시 탱크를 제어 볼륨으로 사용합니다. 질량 균형 방정식은

(a) 결정하기 위해 시간의 함수로 미분방정식을 풀어야 합니다. 재정렬 및 ​​통합:

그리고, 양변을 지수화하면,

32 mg/l의 정상 상태 솔루션과 동일한 문제의 값을 연결하면

(b) 농도가 초기 정상 상태 값의 10%에 도달하는 데 얼마나 걸립니까? 즉, 어떤 값에서 NS 이다 ? , 우리는

양변에 자연로그를 취하면,

NS 플러그 흐름 반응기(PFR) 는 화합물이 "파이프"로 수송될 때 화합물의 화학적 변형을 모델링하는 데 사용됩니다. "파이프"'는 강, 공기가 흐르는 두 산맥 사이의 영역 또는 이를 통과하는 다양한 기타 도관을 나타낼 수 있습니다. 액체 또는 기체가 흐릅니다. 물론 파이프를 나타낼 수도 있습니다. PFR의 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.

유체가 PFR을 따라 흐르면 유체가 반경 방향으로 혼합되지만 축 방향으로 혼합이 발생하지 않습니다---각각 플러그 유체는 파이프를 따라 흐를 때 별도의 개체로 간주됩니다. 그러나 유체의 플러그가 하류로 흐르면서 시간이 지납니다. 따라서 정상 상태 PFR 문제에서도 암시적 시간 종속성이 있습니다. 그러나 PFR에서 유체의 속도는 일정하기 때문에 시간과 하류 거리는 상호 교환 가능합니다. . 우리는 이 관찰을 우리가 이미 작업한 물질 균형 공식과 함께 사용하여 PFR로 흘러내리는 동안 오염 물질 농도가 어떻게 변하는지 결정할 것입니다.

유체가 PFR을 따라 흐를 때 유체 플러그의 오염 물질 농도를 설명하는 방정식을 개발하기 위해 극도로 작은 두께의 PFR 섹션을 둘러싸는 제어 체적에 대한 질량 균형을 수행합니다. DX두께가 작기 때문에 PFR 영역의 유체가 잘 혼합되어 있다고 가정할 수 있습니다. 이 제어 체적에 대한 질량 균형 방정식은 다음과 같습니다.

이것이 정상 상태 문제임을 나타내는 0으로 설정했습니다. 여기서 우리는 PFR의 주어진 위치에서 조건이 일정하다고 가정합니다. 그러나 농도는 여전히 PFR에 따라 다를 수 있습니다.

제어 볼륨의 볼륨은 , 로 나눈 값입니다. DX, 그리고 재정렬하면, 우리는 얻는다

와 같은 극한에서 좌변은 미분값이 되므로 우리는 다음을 얻습니다.

  • 반응이 없습니다. . 방정식 20에서 이것은 ---파이프를 따라 농도의 변화가 없음을 의미합니다. (물론 반응이 없으면 유체는 아무런 변화 없이 파이프를 따라 움직이기 때문에 이 결과는 명백합니다.)
  • 1차 반응. . 이 경우 방정식 20에 대입하면 다음을 얻습니다.

다음과 같이 통합할 수 있습니다.

따라서 길이의 PFR에 대해 ,

방정식 26은 1차 반응을 통한 손실과 함께 PFR 아래로 통과하는 동안 농도가 감소하는 방식을 설명합니다. PFR 아래로 전송하는 동안 경과하는 시간은 와 같기 때문에 방정식 26은 다음과 같습니다.

이것은 1차 동역학에 의한 오염 물질의 손실을 설명하는 미분 방정식의 해입니다. 즉, 플러그 흐름 반응기에서 시간과 거리는 상호 교환 가능하며 PFR의 임의 위치에서의 농도는 해당 위치에 도달하는 데 걸린 시간 동안의 화학적 붕괴를 결정함으로써 간단히 계산할 수 있습니다.

CSTR과 PFR은 근본적으로 다릅니다. 유체 덩어리가 CSTR에 들어가면 즉시 CSTR의 전체 부피에 걸쳐 혼합됩니다. 대조적으로, PFR에 들어가는 각 유체 소포는 원자로를 통과하는 동안 분리된 상태로 유지됩니다. 이 차이로 인해 행동이 달라집니다. 우리는 하나의 특별한 경우에 대해 이러한 차이점을 살펴볼 것입니다: 1차 동력학에 따라 반응기 내 오염물질의 파괴와 함께 각 반응기에 오염물질을 지속적으로 추가합니다. 두 개의 반응기가 그림 5에 나와 있습니다.

유입 농도( ), 유량(NS) 및 1차 반응 속도 상수(케이)가 주어지며 두 반응기에 대해 동일합니다. 그런 다음 두 가지 일반적인 문제를 고려할 것입니다. (1) 볼륨을 알고 있는 경우 V (두 반응기 모두 동일), 생성된 출구 농도( )는 얼마입니까? (2) 지정된 출구 농도가 필요한 경우 필요한 반응기 부피는 얼마입니까? 표 2는 이 비교의 결과를 요약한 것입니다.

표 2에 표시된 결과는 동일한 반응기 부피의 경우 플러그 흐름 반응기가 CSTR보다 더 효율적이고 동일한 출구 농도의 경우 더 작은 PFR이 필요함을 나타냅니다. 왜 이런거야? 답은 두 원자로의 근본적인 차이와 관련이 있습니다. PFR에서 각각의 모든 분자는 반응기에서 동일한 시간을 보낸다. 에 따라 1차 붕괴가 발생하기 때문에 반응기에 들어가는 각 유체 구획의 농도는 이 양만큼 떨어집니다. 대조적으로, CSTR에서는 각각의 작은 유체 덩어리가 원자로에서 보내는 단일 시간이 없습니다. 일부 소포는 CSTR 내부에서 혼합하는 데 오랜 시간을 보낼 수 있으며 다른 소포는 우연히 비교적 짧은 시간에 출구에 도달할 수 있습니다. 이 모든 구획이 함께 혼합되어 단일 배출구 농도가 되기 때문에 평균값 가 나옵니다.

평균값이 PFR에 해당하는 값보다 높은 이유를 알아보려면 표 2의 첫 번째 예와 같은 값인 2와 같을 때 어떤 일이 발생하는지 고려하십시오. 그런 다음, . 이것은 PFR이 되는 의 값입니다. CSTR에 들어가는 유체를 두 개의 구획으로 분할하여 CSTR의 혼합을 모델링할 수 있다고 가정해 보겠습니다. 첫 번째 소포는 소포가 PFR을 통과하는 데 걸리는 시간의 1/4만 CSTR에 남아 있는 반면 두 번째 소포는 PFR에서보다 4배 더 오래 CSTR에 남아 있습니다. (따라서 두 구획이 CSTR에서 보낸 평균 시간은 PFR에서 보낸 시간과 같습니다. 둘 다 입니다.) CSTR 출구에 도달할 때 첫 번째 구획의 농도는 다음 값에 의해 결정됩니다. kt, 이는 PFR 값보다 4배 더 큽니다: . 두 번째 구획의 농도는 반응기에서 더 짧은 시간을 보내기 때문에 덜 감소합니다. 이 상황에서 CSTR 출구의 실제 농도는 평균 두 구획의 농도는 .

따라서 두 원자로의 평균 체류 시간이 동일하더라도 CSTR의 결과 값은 PFR의 값(0.30 대 0.14)보다 높습니다. 그 이유는 그림 6에 나와 있으며, 1차 반응에서 시간이 지남에 따라 농도가 기하급수적으로 감소하기 때문입니다. 따라서 CSTR에서 더 짧은 기간을 보내는 소포는 PFR에 비해 상당히 증가된 농도로 종료됩니다. 그러나 CSTR에서 더 오랜 기간을 보내는 소포는 약간만 감소된 농도로 종료됩니다(다시 말하지만 PFR에 비해).


  예 . . PFR에 필요한 볼륨 예 2.2의 CSTR과 동일한 수준의 오염물질 감소를 얻기 위해 PFR에 필요한 부피를 결정합니다. 유속과 1차 감쇠율 상수는 변하지 않는다고 가정합니다( , ).
해결책: 실시예 2.2의 CSTR은 의 오염물질 감소를 달성했습니다. 수학식 26으로부터,

에 대한 해결 V, 우리는 얻는다

예상대로 이 볼륨은 예제 2.2의 CSTR에 필요한 500m보다 작습니다.

주어진 원자로에서 소요된 평균 기간을 설명하기 위해 여러 용어가 사용됩니다. 조건 보유 시간, 구금 시간, 그리고 체류 시간 는 모두 원자로에서 소요된 평균 기간을 나타내는 데 사용됩니다. 이 매개변수에는 시간 단위가 있습니다. 위에서 논의한 바와 같이, 플러그 흐름 반응기의 경우 체류 시간은 실제로 반응기에서 소요된 시간입니다. 그러나 CSTR의 경우 머무름 시간은 평균 반응기에서 보낸 시간.

머무름 시간의 역수 는 역시간 단위를 가집니다. 이는 1차 속도 상수와 동일한 단위입니다. 이 값은 때때로 환율.


  예 . . CSTR 및 PFR의 머무름 시간 예 2.2의 CSTR과 예 2.5의 PFR에서 머무름 시간을 계산합니다.
해결책: 예제 2.2의 CSTR의 경우,


  예 . . 오대호의 체류 시간 표 3에 제공된 데이터를 사용하여 미시간 호수와 온타리오 호수의 체류 시간을 계산합니다.
해결책: 다시 말하지만, 머무름 시간을 다음과 같이 계산할 수 있습니다. 호수는 CSTR(또는 PFR, 그러나 CSTR이 호수에 더 적합함)로 모델링될 수 있다고 가정합니다. 이 가정은 보존 기간이 1년보다 훨씬 길다는 점에서 그리 멀지 않습니다.
미시간 호수의 경우,
온타리아 호수의 경우,
온타리오 호수의 유량이 더 많고 부피가 작기 때문에 체류 시간이 상당히 단축됩니다. 이는 온타리오 호수의 오염 물질 농도가 미시간 호수보다 훨씬 빠르게 증가할 수 있음을 의미하지만 오염원이 제거되면 온타리오 호수의 농도가 훨씬 더 빨리 떨어질 수도 있음을 의미합니다.

현대 사회는 에너지 사용에 의존하고 있습니다. Such use requires transformations in the form of energy and control of energy flows. For example, when coal is burned at a power plant, the chemical energy present in the coal is converted to heat, which is then converted in the plant's generators to electrical energy. Eventually, the electrical energy is converted back into heat for warmth or used to turn motors. However, energy flows and transformation are also the cause of environmental problems. Thermal heat energy from electrical power plants can result in increased temperature in rivers used for cooling water ``greenhouse'' pollutants in the atmosphere alter the energy balance of the earth and may cause significant increases in global temperatures in the future and many of our uses of energy are themselves associated with emissions of pollutants.

We can keep track of the movement of energy and changes in its form using energy balances, which are analogous to the mass balances we discussed in the previous section. We can do this because of the law of conservation of energy which states that energy can neither be produced nor destroyed. (Conservation of energy is sometimes referred to as the first law of thermodynamics.) As long as we consider all the possible forms of energy, there is no term in energy balances which is analogous to the chemical reaction term in mass balances. That is, we can treat energy as a conservative substance.

The forms of energy can be divided two types: internal energy 그리고 external energy. Energy which is a part of the molecular structure or organization of a given substance is internal. Energy which results from the location or motion of the substance is external. Examples of external energy include gravitational potential energy and kinetic energy. Gravitational potential energy is the energy gained when a mass is moved to a higher location above the earth. Kinetic energy is the energy which results from the movement of objects. When a rock thrown off of a cliff accelerates toward the ground, the sum of kinetic and potential energy is conserved (neglecting friction)---as it falls it loses potential energy, but increases in speed, gaining kinetic energy. Examples of some common forms of energy are given in Table 4.

Heat is a form of internal energy. It results from the random motions of atoms. Heat is thus really a form of kinetic energy, although it is considered separately. When you heat a pot of water, you are adding energy to the water. That energy is stored in the form of internal energy, and the change in internal energy of the water is given by

어디 is the heat capacity or specific heat of the water, with units of [energy]/([mass][temperature]). Heat capacity is a property of a given material. For water, the heat capacity is 1 BTU/( ), or 4184 J/( ).

  1. The strengths of the atomic bonds in the substance. When chemical reactions occur, if the sum of the energies of the products is less than that for the reactants, a reduction in chemical internal energy has occurred. As a result of the conservation of energy, this leftover energy must show up in a different form. Usually, the energy is released as heat. This fact is used to our advantage when we burn fuel.
  2. The energy in the bonds between molecules. This energy depends on the phase of the material---whether it is a solid, liquid, or gas. The energy required to change phases is known as the latent heat. Values of the latent heat of fusion (the energy released when a material changes from liquid to solid phase) and the latent heat of condensation or vaporization (the energy released when a substance changes from gas to liquid phase) are tabulated for many substances. When a substance changes from solid to liquid or from liquid to gas, it gains internal energy. This energy must come from somewhere. For example, when water evaporates it takes up energy from its surroundings, and this is why evaporation of sweat cools us.

In analogy with the mass balance equation (equation 14), we will use the following equation to conduct energy balances:

We will illustrate the use of this relationship with some examples.


  Example . . Heating water A 40-gallon electric water heater is used to heat tap water (temperature 50 F (10 C)). The heating level is set to the maximum level while several people take consecutive showers. If, at the maximum heating level, the heater uses 5 kW of electricity, and the water use rate is a continuous 2 gallons/min, what will be the temperature of the water exiting the heater? Assume that the system is at steady-state and that the heater is 100% efficient that is, it is perfectly insulated and all of the energy used goes to heat the water.
해결책: Our control volume for this problem is the water heater. We note that (since the system is at steady-state), the internal energy of the water in the water heater is constant. The energy added is used to heat water entering the water heater to the temperature at the outlet. The energy flux into the water heater comes from two sources: the heat content of the water entering the heater and the electrical heating element. The energy flux out of the water heater is just the internal energy of the water leaving the system. There is no net conversion of other forms of energy. Therefore, equation 30 may be rewritten as

Each term of this equation is an energy flux, and has the units of (energy/time). To solve, we need to use the same units in each term. We will use the definition of watts: watts are defined as Joules/s. In addition, we need to convert the water flow rate (gallons/min) to mass of water per unit time, using the density of water. Combining the first and third terms we obtain

which is a cold shower! (You may have foreseen this answer if you have ever taken a shower after the hot water in the tank was used up by previous showerers.)


  Example . . Heating water From the previous example, we see that if one wants a hot shower, it is necessary to wait until the water in the tank can be reheated. How long would it take the temperature to reach 130 F (54 C) if no hot water were used during the heating period and the water temperature started at 20 C?
해결책: In this case, the only energy input is the electrical heat, and there is no energy leaving the tank. Therefore, the rate of increase in internal energy is equal to the rate that electrical energy is used:

We will solve this for , given that is equal to C.

The two previous examples related to the controlled conversion and transfer of energy for a beneficial use. However, the use of energy for heat always results in some loss to the environment due to imperfect insulation, resulting in higher energy use or less heating than one would calculate. 또한, second law of thermodynamics states that it is impossible to convert heat energy to work with 100% efficiency. Conversion of heat to work is essentially what is done in the generator of an electric power plant, and as a result a significant fraction of the energy released from fuel combustion is lost during the conversion. Modern large power plants convert fuel energy to electricity with an overall efficiency in the 30--35% range. The next example looks at what happens to the heat energy that is ~ 아니다 converted to electricity. Finally, example 2.11 considers the implications of another aspect of the burning of fossil fuels in power plants, vehicles, and for heating. Whenever fossil fuels are burned, carbon atoms in the fuel are converted to carbon dioxide ( ) and released into the atmosphere. As a result of this process, the concentration in the atmosphere is increasing at a rate of about 1 ppmv/year. Carbon dioxide contributes to the greenhouse effect, which is considered in example 2.11.


  Example . . Thermal Pollution. A 1000 MW ( W) power plant is located next to a river and uses cooling water from the river to remove its waste heat. What is the resulting increase in river temperature? (The power plant has an overall efficiency of 33%. Assuming that all of the waste heat from the power plant is removed with cooling water and added to the adjacent river. The river flow rate is 100 m /s.
해결책: This problem is very similar to example 2.8, in that we are adding a specified amount of heat to a flow of water, and need to determine the resulting temperature rise. To solve, we first need to determine the amount of energy added. The power plant produces 1000 MW of electricity, but is only 33% efficient, meaning that it uses 3000 MW of fuel energy ( ). The heat energy added to the river is the amount that is not converted to electricity, or (3000-1000=2000 MW). We can now write our energy balance over the region of the river to which the heat is added. We will use to represent the temperature of the water upstream, and to represent the temperature after heating:

The remainder of this problem is basically a problem of unit conversions. To obtain requires multiplication of the given river volumetric flow rate by the density of water (1000 kg/m ). We also use the heat capacity of water, C. Thus,


  Example . . Earth's Energy Balance and the Greenhouse Effect. The global average surface temperature of the earth is determined by a balance between the energy added to the earth by the sun and the energy radiated away by the earth to space. Greenhouse gases, both natural and anthropogenic (or, human-affected), affect this energy balance. In this example, we will calculate the global average temperature without greenhouse gases and show the effect which greenhouse gases have on the earth's energy balance.
해결책: We will write an energy balance, with our control volume as the entire earth. For this system, our goal is to calculate annual-average temperatures. Over time periods of 1 yr, it is reasonable to assume that the system is in steady state, so our energy balance is simply

The energy flux in is equal to the solar energy intercepted by the earth. At the earth's distance from the sun, the sun radiates 342 W/m . We will refer to this value as NS. The earth intercepts an amount of energy equal to NS times the cross-sectional area of the earth: . However, because the earth reflects part of this energy back to space, is equal to only 70% of this value:

The second term, , is equal to the energy radiated to space by the earth. The energy emitted per unit surface area of the earth is given by Boltzmann's Law:

where is Boltzmann's constant, equal to . To obtain , we multiply this value by the total surface area of the earth, . (We use the total surface area of the sphere here because energy is radiated away from the earth during both day and night.)

We can now solve our energy balance by setting equal to .

Plugging in the values for NS and and taking the fourth root yields an average temperature of T=255 K, or -18 C.

This is too cold! In fact, the globally averaged temperature at the surface of the earth is much warmer: 287 K. The reason for the difference is the presence of gases in the atmosphere that absorb the infrared radiation emitted by the earth and prevent it from reaching space. We neglected these gases in our energy balance. However, if we denote the energy flux absorbed and retained by these gases by , we can then correct our value for :

The reduction in which results from greenhouse gas absorption is sufficient to cause the higher observed surface temperature. Clearly, this is largely a natural phenomenon---surface temperatures were well above 255 K long before people began burning fossil fuels. The main natural greenhouse gas is water vapor. However, increasing atmospheric concentrations of carbon dioxide and other gases emitted by human activities are increasing the value of . So far, this increase is approximately 2 W/m averaged over the entire earth, and projections indicate that the increase could be as high as 5 W/m over the next 50 years. According to our energy balance, this increase in is expected to result in an increase in the globally averaged temperature. (There is considerable uncertainty in the precise value of the resulting increase, however, due to a number of complexities that we have not considered.)

PROBLEMS

  . . A pond is used to treat sewage wastewater before the liquid is discharged into a river. The inflow to the pond is sewage at a flow rate of and with a BOD concentration of . The volume of the pond is 20,000 m . The purpose of the pond is to allow time for the decay of BOD to occur before discharge into the environment. BOD decays in the pond with a first-order rate constant equal to 0.25/day. What is the BOD concentration at the outflow of the pond, in units of mg/l?

  . . For each of the following problems, would you use a steady-state or non-steady-state mass balance to obtain a solution? For each situation, also indicate whether the compound for which you would conduct a mass balance is conservative or non-conservative. Give an explanation for each of your answers. (You do not need to actually solve these problems.) (a) An accident has resulted in the release of a pollutant inside a chemical manufacturing plant. The spill released the pollutant into a lake near the chemical plant, which has a small stream flowing through it. How long would it take the pollutant, which is inert, to reach a safe level in the lake and in the stream leaving the lake? (b) Carbon dioxide ( ) emissions from fossil fuel burning are mixed throughout the atmosphere. Assume that these emissions are mixed immediately throughout the entire atmosphere, and that does not degrade chemically If you know the total emission rate of carbon dioxide and the volume of the atmosphere, what would be the rate of increase of atmospheric carbon dioxide levels in ppm/yr? (c) An air freshener emits perfume into a room at a constant rate. The perfume is mixed throughout the room and diluted by the room ventilation flow, which is on continually. What is the resulting concentration of perfume in the room? (Note that the 1 -order decay rate constant of the perfume is very slow relative to the amount of time it takes to mix fresh air through the room.)

  . . A mixture of two gas flows is used to calibrate an air pollution measurement instrument. The calibration system is shown in Figure 7. If the calibration gas concentration is 4.90 ppmv, the calibration gas flow rate is 0.010 l/min, and the total gas flow rate is 1.000 l/min, what is the concentration of calibration gas after mixing ( )? (Assume that the concentration upstream of the mixing point is zero.)

  . . You are in an old spy movie, and have been locked into a small room (volume 1000 ft ). You suddenly realize that a poison gas has just started entering the room through a ventilation duct. Recognizing the type of poison from its smell, you know that if the gas reaches a concentration of 100 mg/m , you will die instantly, but that you are safe as long as the concentration is less than 100 mg/m . If the ventilation air flow rate in the room is 100 ft /min and the incoming gas concentration is 200 mg/m , how long do you have to escape?

  . . Sewage waste is added to a stream through a discharge pipe. The river flow rate upstream of the discharge point is . The discharge occurs at a flow of and has a BOD concentration of 50.0 mg/l. Assuming that the upstream BOD concentration is negligible
(a) What is the BOD concentration just downstream of the discharge point?
(b) If the stream has a cross sectional area of 10 m , what would the BOD concentration be 50 km downstream? (BOD is removed with a first-order decay rate constant equal to 0.20 day )

  . . (a) Calculate the hydraulic residence times (the retention time) for Lake Superior and for Lake Erie using the data in Table 3.
(b) Assume that both lakes currently are polluted with the same compound at a concentration which is 10 times the maximum acceptable level. If all sources of the compound are removed, how long will it take the concentration to reach acceptable levels in each lake? Assume that the pollutant does not decay chemically.
(c) Comment on the significance of your answers.

answer: (a) Lake Superior: 179 years Lake Erie: 3 years. (b) Lake Superior: 412 years Lake Erie: 6 years.

  . . How many watts of power would it take to heat 1 liter of water (weighing 1.0 kg) by 10 C in 1.0 hour? Assume that no heat losses occur, so that all of the energy expended goes into heating the water.


Exchanges

For most people, negative energy balance (expending more energy than you consume) is an unpleasant state. Negative energy balance, even in the form of a delayed meal, can lead to hunger, grumpiness, irritability, shakiness, cognitive fuzziness, anxiety, and low mood. Because of these generally unpleasant feelings, many people try to avoid negative energy balance. The story is quite different for people prone to anorexia nervosa. For them, negative energy balance can be a dangerous biological trap.

The world has “psychologized” the quest for negative energy balance in anorexia nervosa for far too long. Convenient but misguided explanations that focus on control, willpower, and even stubbornness fail to capture the biological reality that the physical experience of negative energy balance is fundamentally different in people prone to anorexia. The starvation state is alluring to them, not because it signals weight loss, but because it is anxiolytic. That means that negative energy balance actually confers a sense of calm on their otherwise unsettled biology. What makes the rest of us more anxious makes them less. Obviously, the job of providers is to help them be able to achieve that sense of calm in other ways—ways that are not physically harmful.

This aberrant response to negative energy balance might be what kicks off anorexia in the first place, and it may be a salient risk factor for relapse.

Imagine a group of sixth grade girls who decide to go on a diet. Or imagine a boys’ wrestling team that decides to engage in some serious crash dieting before weighing in for a meet. Most of the girls and boys find the period of negative energy balance unpleasant and can’t wait to break the diet and go out for pizza and ice cream. For a few, however, they find that they actually feel 더 나은 under negative energy balance conditions. The diet feels good they feel calmer. The anxious chatter in their heads diminishes enough to suggest that this might be an escape route from the pervasive discomfort with which they have been living. The positive biological reaction to negative energy balance lures them into continued and escalating dieting in a quest for the paradoxically improved sense of well being that it confers. It is simultaneously seductive and destructive. It is seductive because of the promise of calm and control it holds it is destructive because it has the power to kill.

During and after recovery, negative energy balance can sneak up and grab hold of you without even being aware that you are in its grip. Starting a new exercise program, travel and the attendant time zone changes and disruptions in routine, or a busy schedule that doesn’t allow times for planned meals and snacks can all blindside you into experiencing just a whiff of the seductive calm that mistakenly leads you to believe that starvation holds an answer to your discomfort. Don’t be duped. Starvation is a false friend that does not have your long-term best interests in mind.

My dad used to smoke. For the longest time, even though he had become a vociferous anti-smoker, he would occasionally catch a whiff of a cigarette and be transported back to those days in the 50s when he could reach for a cigarette.

Anorexia is no different. Just dabbling in negative energy balance, especially under times of stress, can tempt. So maintaining vigilance for balanced energy intake and output is a critical component of long-term recovery. Tipping that balance in the wrong direction could send you back down a dangerous path. Every one of us who has had health issues has to remain vigilant for situations that can exacerbate a problem—even problems that we think we have completely recovered from. Nothing makes us stronger than being aware of our vulnerabilities and respecting them.

Especially during the holiday season, when schedules are irregular and emotions are closer to the surface, be mindful of your own energy balance and seek out positive avenues to capture calm.


Body Mass

Reference: (7). Jequier, E. Energy metabolism in human obesity. Soz Praventivmed. 198934(2):58-62. Note that in the above example body weight is expressed in kilograms (kg) and not pounds. To convert your weight in pounds to kilograms, divide by 2.2.


Question 5: What research would better inform our knowledge of energy balance and its components?

It is important to recognize that the energy balance system is interactive and complex: a change in one component can affect one or more other components. The panel identified the following important gaps in our knowledge that deserve future investigation:

Although we know much from short-term studies about the major components of energy balance, our knowledge is still deficient regarding their interaction over the long term. Therefore, we need long-term, longitudinal studies to learn the details of the relations between components of energy balance and changes in body composition and weight among children and adults.

It has been shown that biological and psychological factors affect the components of energy balance. But generally, these have been studied independently of one another and an integrative approach is required. We need to know the relative importance of preingestive factors (cognitive and sensory effects of food/meals) on energy intake, energy balance, and the physiologic response to a meal.

Although our knowledge of the broader implications of physical activity and exercise have been investigated, we need to understand the effects of different doses (volume, intensity, pattern, timing) and types (endurance, resistance) of exercise on 1) total daily energy expenditure and its components (REE, TEF, AEE), 2) ENS and food preferences, and 3) body composition and body weight in children and adults.

The individual variation in weight-loss response to energy balance interventions is striking, and therefore we need to know the mechanism or mechanisms responsible for the underlying active compensatory differences in energy intake, food preferences, and body weight in children and adults. In particular, we have almost no information from energy balance studies subsequent to weight loss during the difficult period of weight maintenance. How can we identify population subgroups or even individuals who will respond or not respond to a dietary or exercise intervention?

Measurements of energy input and output are neither precise nor accurate enough to allow the calculation of energy balance over the appropriate timeframe needed to understand the mechanisms responsible for excess weight gain. Accordingly, we need to develop new methods that can reliably measure energy balance over extended time periods in free-living people.

The 1-d Consensus Conference included presentations from the following speakers: David Allison (University of Alabama at Birmingham), John Blundell (University of Leeds), Myles Faith (University of North Carolina), James Hill (University of Colorado at Denver), John Jakicic (University of Pittsburgh), Richard Mattes (Purdue University), John Peters (University of Colorado at Denver), Eric Ravussin (Pennington Biomedical Research Center), and Susan Roberts (Jean Mayer USDA Human Nutrition Center on Aging). 모든 저자는 최종 원고를 읽고 승인했습니다. All authors participated equally in the development of the statement.


When does the breaking of chemical bonds release energy?

The breaking of chemical bonds never releases energy to the external environment. Energy is only released when chemical bonds are 형성된. In general, a chemical reaction involves two steps: 1) the original chemical bonds between the atoms are broken, and 2) new bonds are formed. These two steps are sometimes lumped into one event for simplicity, but they are really two separate events. For instance, when you burn methane (natural gas) in your stove, the methane is reacting with oxygen to form carbon dioxide and water. Chemists often write this as:

This balanced chemical equation summarizes the chemical reaction involved in burning methane. The reactants are on the left, the products are on the right, and the arrow represents the moment the reaction happens. But there are a lot of interesting things happening that are hidden behind that arrow. A more detailed equation would look something like this:

The first line of the equation contains the original reactants: methane molecules and oxygen molecules. The first arrow represents the breaking of the bonds, which requires energy. On the middle line are the atoms, now broken out of molecules and free to react. The second arrow represents the forming of new bonds. On the last line are the final products. It takes a little energy, such as the spark from the igniter in your stove, to get the reaction started. That is because bonds must be broken before the atoms can be formed into new bonds, and it always takes energy to break bonds. Once the reaction has started, the output energy from one burned methane molecule becomes the input energy for the next molecule. Some of the energy released by each bond that is formed in making carbon dioxide and water is used to break more bonds in the methane and oxygen molecules. In this way, the reaction becomes self-sustaining (as long as methane and oxygen continue to be supplied). The igniter can be turned off. If breaking bonds did not require energy, then fuels would not need an ignition device to start burning. They would just start burning on their own. The presence of spark plugs in your car attests to the fact that breaking chemical bonds requires energy. (Note that the combustion of methane actually involves many smaller steps, so the equation above could be expanded out into even more detail.)

The textbook Advanced Biology by Michael Roberts, Michael Jonathan Reiss, and Grace Monger states:

Biologists often talk about energy being made available by the breakdown of sugar, implying that the breaking of chemical bonds in the sugar molecules releases energy. And yet in chemistry we learn that energy is released, not when chemical bonds are 고장난, but when they are 형성된. In fact, respiration supplies energy, not by the breaking of bonds in the substrate, but by the formation of strong bonds in the products. However, the overall result of the process is to yield energy, and it is in this sense that biologists talk about the breakdown of sugar giving energy.

The total energy input or output of a reaction equals the energy released in forming new bonds minus the energy used in breaking the original bonds. If it takes energy to break the original bonds than is released when the new bonds are formed, then the net energy of the reaction is negative. This means that energy must be pumped into the system to keep the reaction going. Such reactions are known as endothermic. If if takes 더 적은 energy to break the original bonds than is released when new bonds are formed, then the net energy of the reaction is positive. This fact means that the energy will flow out of the system as the reaction proceeds. This fact also means that the reaction can proceed on its own without any external energy once started. Such reactions are known as exothermic. (Endothermic reactions can also proceed on their own if there is enough external energy in the form of ambient heat to be absorbed.) Exothermic reactions tend to heat up the surrounding environment while endothermic reactions tend to cool it down. The burning of fuels is exothermic because there is a net release of energy. Cooking an egg is endothermic because there is a net intake of energy to make the egg cooked. The bottom line is that 둘 다 endothermic and exothermic reactions involve the breaking of bonds, and both therefore require energy to get started.

It makes sense that breaking bonds always takes energy. A chemical bond holds two atoms together. To break the bond, you have to fight against the bond, like stretching a rubber band until it snaps. Doing this takes energy. As an analogy, think of atoms as basketballs. Think of the energy landscape of chemical bonds as a hilly terrain that the basketballs are rolling over. When two balls are placed near a round hole, gravity pulls them down to the bottom where they meet and stop. The two balls now stay close together because of the shape of the hole and the pull of gravity. This is like the chemical bond uniting atoms. To get the balls away from each other (to break the bonds), you have to roll them up opposite sides of the hole. It takes the energy of your hand pushing the balls to get them up the sides of the hole and away from each other. The energy you put into the system in order to pull apart the balls is now stored as potential energy in the balls. Atoms don't literally roll up and down hills, but they act like they are moving in an energy landscape that is very similar to real hills.


Energy balance

Energy balance is when the energy we get from food and drinks equals the energy our bodies use. Energy is a vital element in the body for growth, development, normal functioning of body processes. Requirements of energy varies from person to person and the amount of energy intake and expenditure depends on that person&rsquos diet and lifestyle.

Energy balance explained (Video)

This video explains the science behind energy balance and how it affects you. It provides practical tips &ndash small steps that you can incorporate in your lifestyle to reach a healthy balance.

Highlights from the 20th International Congress of Nutrition (ICN), Granada 2013

The 20th edition of the International Congress of Nutrition took place in Granada, Spain, from 15th to the 20th September 2013. The European Food Information Council has interviewed a number of key scientists to create this podcast with conference highlights.

New consensus on energy balance and body weight regulation

Experts in weight management, energy metabolism, physical activity and behaviour, from the USA and the UK, have published a new consensus statement on energy balance and body weight regulation.

Keeping your weight under control

It is difficult to maintain weight loss indefinitely, or, if possible take further steps towards reaching your optimum weight range.

EUFIC is a non-profit organisation that provides engaging science-based information to inspire and empower healthier and more sustainable food and lifestyle choices. We believe in a world where people live a healthier life because they know how to.


섹션 요약

Ecosystems exist underground, on land, at sea, and in the air. Organisms in an ecosystem acquire energy in a variety of ways, which is transferred between trophic levels as the energy flows from the base to the top of the food web, with energy being lost at each transfer. There is energy lost at each trophic level, so the lengths of food chains are limited because there is a point where not enough energy remains to support a population of consumers. Fat soluble compounds biomagnify up a food chain causing damage to top consumers. even when environmental concentrations of a toxin are low.