35
Kapitola 5 Mˇerˇení pevnosti slupky dužnatých plodin 5.1
Úvod
Mˇerˇ ení pevnosti slupky dužnatých plodin se provádí na penetrometrickém pˇrístroji statickou metodou. Princip statického mˇerˇ ení spoˇcívá v postupném zvyšování síly, pusobící ˚ na zkušební hrot, pˇri konstantní poloze plodiny, naklápˇením desky držáku zkušebního hrotu, viz obrázek 5.1.
5.2
Experimentální uspoˇrádání
Zkoumaná plodina se umístí mezi pohyblivé desky, které je možno rozevˇrít podle velikosti plodiny a nabodne se na vyˇcnívající hrot. Vzhledem k tomu, že dužnina plodiny je na rozdíl od slupky elektricky dobˇre vodivá, dojde po proražení slupky zkušebním hrotem k vodivému spojení s kovovým rámem pˇrístroje, na jehož hrot je plodina nabodnuta. To je indikováno rozsvícením svítivé LED diody, viz schéma zapojení na obrázku 5.2. V okamžiku rozsvícení diody se odeˇcte úhel náklonu v kruhovém otvoru pevné cˇ ásti pˇrístroje. Pro pˇrepoˇcet úhlu náklonu na normálovou sílu vzhledem k povrchu plodiny se použije vztah:
F = m g sin α ,
kde
⎧ ⎪ ⎨ F
= síla prurazu ˚ m = hmotnost závaží = 0.4 kg ⎪ ⎩ α = úhel náklonu
Známe-li plochu S hrotu, mužeme ˚ urˇcit tlak p, pˇri kterém dojde k mechanickému poškození plodiny. Platí: p=
F . S
Prumˇ ˚ er cˇ elní plošky zkušebního hrotu je d = 0.6 mm.
36
Barton, ˇ Kˇrivánek, Severa
Obrázek 5.1: Penetrometrický pˇrístroj
5.3
Mˇerˇení a vyhodnocení
Níže uvedeným postupem stanovte prumˇ ˚ erné hodnoty síly prurazu ˚ a tlaku u slupky zkoumaných dužnatých plodin. 1. Po rozevˇrení pohyblivých desek napíchneme plodinu na hrot. 2. Uvolníme šroub držáku závaží na pevném rameni a posuneme jej tak, aby se zkušební hrot závaží lehce dotýkal plodiny, poté jej utáhneme. 3. Jemným a plynulým otáˇcením kliˇcky natáˇcíme desku až do prurazu ˚ – rozsvítí se LED dioda. 4. Odeˇcteme úhel α.
Mˇerˇ ení pevnosti slupky dužnatých plodin
37
Obrázek 5.2: Schéma zapojení 5. Pˇrístroj vrátíme do nulové polohy a mˇerˇ enou plodinu pootoˇcíme. U každé plodiny provedeme N mˇerˇ ení, výsledky zapíšeme do tabulky. Hodnotu N stanoví vedoucí cviˇcení. N
α [◦ ]
F [N ]
p [P a]
1 .. .
α1 .. .
F1 .. .
p1 .. .
N
αN
FN
pN
α ± σα
F ± σF
p ± σp
Vypoˇcteme pravdˇepodobnou a relativní chybu mˇerˇ ení pro jednotlivé plodiny.
5.4
Diskuse a závˇer
Porovnejte sílu prurazu ˚ a tlak potˇrebný k prurazu, ˚ vˇcetnˇe pravdˇepodobných a relativních chyb mˇerˇ ení u jednotlivých plodin.
5.5
Kontrolní otázky
1. Jaký je rozdíl mezi prumˇ ˚ erem a pruˇ ˚ rezem? 2. Jsou zde získané informace užiteˇcné?
83
Kapitola 14 Stanovení indexu lomu a cukernatosti vodného roztoku sacharózy refraktometrem 14.1
Úvod
Prochází-li svˇetelný paprsek z prostˇredí s indexem lomu n1 do prostˇredí s indexem ˚ zákon lomu paprsku na rozhraní dvou prostˇredí: lomu n2 , platí pro nˇej Snelluv sin α1 n2 = , sin α2 n1
kde
α1 = úhel dopadu α2 = úhel lomu
(14.1)
Lom paprsku je znázornˇen na obrázku 14.1.
Obrázek 14.1: Lom svˇetla Pro index lomu platí definiˇcní vztah: c n= , v
kde
c = rychlost šíˇrení svˇetla ve vakuu v = rychlost šíˇrení svˇetla v daném prostˇredí .
Prochází-li paprsek z prostˇredí opticky hustšího do prostˇredí opticky rˇ idšího, dojde k lomu paprsku od kolmice. Je zˇrejmé. že pˇri urˇcitém úhlu dopadu se paprsek láme pod úhlem 90◦ .Tento úhel dopadu se nazývá mezní úhel αm . Pˇri úhlu dopadu
84
Barton, ˇ Kˇrivánek, Severa
Obrázek 14.2: Totální odraz vˇetším než αm se paprsek pouze od prostˇredí odráží, viz obrázek 14.2. Pro mezní úhel dopadu platí tedy Snelluv ˚ zákon v upraveném tvaru: sin αm =
n2 . n1
Pokud dopadající paprsek prochází vzduchem, mužeme ˚ položit n2 = 1.
14.2
Experimentální uspoˇrádání
Princip refraktometru spoˇcívá v promˇerˇ ování mezního úhlu αm . Necháme-li svˇetelný paprsek procházet mˇerˇ eným vzorkem rovnobˇežnˇe s rozhraním, láme se do vzduchu pod úhlem αm , který je úmˇerný indexu lomu daného vzorku. Protože byla prokázána pˇrímá úmˇera mezi indexem lomu vodného roztoku sacharózy a její koncentrací, je možné refraktometricky mˇerˇ it pˇrímo cukernatost roztoku. Laboratorní refraktometr, viz obrázky 14.3 a 14.4 je složen s refraktometrického hranolu s vodorovnou vyleštˇenou mˇerˇ ící stˇenou, na kterou se nanáší mˇerˇ ený vzorek a z krycího osvˇetlovacího hranolu (12), jehož plocha je matná a zrnitá. Dále následuje soustava Amiciho hranolu˚ jimiž se odstranuje ˇ zbarvení mezní cˇ áry rozhraní svˇetla a stínu pomocí toˇcítka (4), viz obrázek 14.3. K pozorování pak slouží objektiv a okulár (1). Bˇehem mˇerˇ ení jsou svˇetelné paprsky usmˇernovány ˇ na refraktometrický hranol pomocí osvˇetlovacího okénka. Po lomu na mˇerˇ ící stˇenˇe se zkoumanou látkou a pruchodu ˚ Amiciho hranoly vstupují paprsky do objektivu, v jehož ohnisku leží horní okénko zorného pole okuláru. V dolním okénku okuláru je stupnice indexu lomu a procent cukernatosti. Stupnice jsou osvˇetleny pomocí zabudovaného zdroje osvˇetlení. Ruˇcní refraktometr je založen na stejném principu. Slouží k rychlému stanovení koncentrace cukru v potravináˇrských výrobcích a rostlinných produktech.
Stanovení cukernatosti roztoku refraktometrem
Obrázek 14.3: Pohled zprava
14.3
85
Obrázek 14.4: Pohled zleva
Mˇerˇení a vyhodnocení
Úkolem je stanovit index lomu a koncentraci cukru v dodaných kapalných vzorcích. Mˇerˇ ení se provádí pro každou náplnˇ N ×, stanoví vedoucí cviˇcení, výsledky mˇerˇ ení se zapíší do tabulky. 1. Stiskem vypínaˇce zapneme LED osvˇetlení krycího hranolu a stupnice. 2. Po nanesení mˇerˇ eného vzorku, (cca. 5 kapek), se na mˇerˇ ící plochu pˇriklopí odklopený osvˇetlovací hranol (12) a zajistí se otoˇcením pojistného koleˇcka (8). Kapalina musí pokrýt celou mˇerˇ ící stˇenu. 3. Zaostˇríme okulár na nitkový kˇríž a toˇcítkem (6) nastavíme rozhraní mezi svˇetlým a tmavým polem do pruseˇ ˚ cíku nitkového kˇríže. 4. Toˇcítkem (4) otáˇcíme, dokud nedostaneme ostré a bezbarvé rozhraní. 5. Na stupnicích odeˇcteme index lomu n a cukernatost p v %. 6. Celý postup, body 2 – 5, opakujeme N ×. 7. Na závˇer mˇerˇení je tˇreba dukladnˇ ˚ e oˇcistit oba hranoly vodou a osušit!
86
Barton, ˇ Kˇrivánek, Severa n
p [%]
1 .. .
n1 .. .
p1 .. .
N
nN n ± σn
pN p ± σp
Pro index lomu i cukernatost vzorku se vypoˇcte stˇrední kvadratická chyba mˇerˇ ení. Pokud je k dispozici ruˇcní refraktometr, provede se pouze 1× zmˇerˇ ení vzorku˚ a odhadne se krajní chyba mˇerˇ ení.
14.4
Závˇer a diskuse
V závˇeru je tˇreba uvést výsledky mˇerˇ ení i s diskusí chyb mˇerˇ ení. Pokud byl vzorek promˇerˇ en i ruˇcním refraktometrem, je tˇreba porovnat výsledky. Pokud se vzorek promˇerˇ uje zárovenˇ i polarograficky, porovnejte dosažené výsledky. Na promˇerˇ ovaných ovocných št’ávách bývá výrobcem udávána maximální koncentrace sacharózy. Porovnejte ji s výsledkem.
14.5
Kontrolní otázky
1. Je rychlost svˇetla vyšší v našem vzorku nebo ve vzduchu? 2. V kterém prostˇredí je vyšší rychlost šíˇrení svˇetla, dojde-li pˇri pruchodu ˚ z prostˇredí I do prostˇredí II k lomu od kolmice ? 3. Z jakého duvodu ˚ je kontrastnˇejší rozhraní v okuláru pˇri sledování cˇ irého vzorku, než napˇríklad u vylisované ovocné št’ávy? 4. Uved’te duvody ˚ proˇc se vubec ˚ cukernatost mˇerˇ í. 5. Jak je definován index lomu? 6. Jakou hodnotu má index lomu vakua? Proˇc? 7. Jak je definován mezní úhel? 8. Co je to optická disperze? 9. Kde se využívá v praxi úplný odraz svˇetla pˇri dopadu na rozhraní pod úhlem vyšším než je mezní úhel?
