35 Kapitola 5 Měření pevnosti slupky dužnatých plodin 5.1 Úvod Měření pevnosti slupky dužnatých plodin se provádí na penetrometrickém přístroji statickou metodou. Princip statického měření spočívá v postupném zvyšování síly, působící na zkušební hrot, při konstantní poloze plodiny, naklápěním desky držáku zkušebního hrotu, viz obrázek 5.1. 5.2 Experimentální uspořádání Zkoumaná plodina se umístí mezi pohyblivé desky, které je možno rozevřít podle velikosti plodiny a nabodne se na vyčnívající hrot. Vzhledem k tomu, že dužnina plodiny je na rozdíl od slupky elektricky dobře vodivá, dojde po proražení slupky zkušebním hrotem k vodivému spojení s kovovým rámem přístroje, 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 odečte úhel náklonu v kruhovém otvoru pevné části přístroje. Pro přepočet úhlu náklonu na normálovou sílu vzhledem k povrchu plodiny se použije vztah: F = mg sin α, kde F = síla průrazu m = hmotnost závaží =0.4kg α = úhel náklonu Známe-li plochu S hrotu, můžeme určit tlak p, při kterém dojde k mechanickému poškození plodiny. Platí: p = F S. Průměr čelní plošky zkušebního hrotu je d =0.6 mm.
36 Bartoň, Křivánek, Severa 5.3 Měření a vyhodnocení Obrázek 5.1: Penetrometrický přístroj Níže uvedeným postupem stanovte průměrné hodnoty síly průrazu a tlaku u slupky zkoumaných dužnatých plodin. 1. Po rozevření 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 otáčením kličky natáčíme desku až do průrazu rozsvítí se LED dioda. 4. Odečteme úhel α.
Měření pevnosti slupky dužnatých plodin 37 Obrázek 5.2: Schéma zapojení 5. Přístroj vrátíme do nulové polohy a měřenou plodinu pootočíme. U každé plodiny provedeme N měření, výsledky zapíšeme do tabulky. Hodnotu N stanoví vedoucí cvičení. N α [ ] F [N] p [Pa] 1 α 1 F 1 p 1.... N α N F N p N α ± σ α F ± σ F p ± σ p Vypočteme pravděpodobnou a relativní chybu měření pro jednotlivé plodiny. 5.4 Diskuse a závěr Porovnejte sílu průrazu a tlak potřebný k průrazu, včetně pravděpodobných a relativních chyb měření u jednotlivých plodin. 5.5 Kontrolní otázky 1. Jaký je rozdíl mezi průměrem a průřezem? 2. Jsou zde získané informace užitečné?
83 Kapitola 14 Stanovení indexu lomu a cukernatosti vodného roztoku sacharózy refraktometrem 14.1 Úvod Prochází-li světelný paprsek z prostředí s indexem lomu n 1 do prostředí s indexem lomu n 2, platí pro něj Snellův zákon lomu paprsku na rozhraní dvou prostředí: sin α 1 sin α 2 = n 2 n 1, kde { α1 = úhel dopadu α 2 = úhel lomu (14.1) Lom paprsku je znázorněn na obrázku 14.1. Pro index lomu platí definiční vztah: Obrázek 14.1: Lom světla n = c v, kde { c = rychlost šíření světla ve vakuu v = rychlost šíření světla v daném prostředí. Prochází-li paprsek z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího, dojde k lomu paprsku od kolmice. Je zřejmé. že při určitém úhlu dopadu se paprsek láme pod úhlem 90.Tento úhel dopadu se nazývá mezní úhel α m.při úhlu dopadu
84 Bartoň, Křivánek, Severa Obrázek 14.2: Totální odraz větším než α m se paprsek pouze od prostředí odráží, viz obrázek 14.2. Pro mezní úhel dopadu platí tedy Snellův zákon v upraveném tvaru: sin α m = n 2 n 1. Pokud dopadající paprsek prochází vzduchem, můžeme položit n 2 =1. 14.2 Experimentální uspořádání Princip refraktometru spočívá v proměřování mezního úhlu α m. Necháme-li světelný paprsek procházet měřeným vzorkem rovnoběžně s rozhraním, láme se do vzduchu pod úhlem α m, který je úměrný indexu lomu daného vzorku. Protože byla prokázána přímá úměra mezi indexem lomu vodného roztoku sacharózy a její koncentrací, je možné refraktometricky měřit přímo cukernatost roztoku. Laboratorní refraktometr, viz obrázky 14.3 a 14.4 je složen s refraktometrického hranolu s vodorovnou vyleštěnou měřící stěnou, na kterou se nanáší měřený vzorek a z krycího osvětlovacího hranolu (12), jehož plocha je matná a zrnitá. Dále následuje soustava Amiciho hranolů jimiž se odstraňuje zbarvení mezní čáry rozhraní světla a stínu pomocí točítka (4), viz obrázek 14.3. K pozorování pak slouží objektiv a okulár (1). Během měření jsou světelné paprsky usměrňovány na refraktometrický hranol pomocí osvětlovacího okénka. Po lomu na měřící stěně se zkoumanou látkou a průchodu 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 osvětleny pomocí zabudovaného zdroje osvětlení. Ruční refraktometr je založen na stejném principu. Slouží k rychlému stanovení koncentrace cukru v potravinářských výrobcích a rostlinných produktech.
Stanovení cukernatosti roztoku refraktometrem 85 Obrázek 14.3: Pohled zprava Obrázek 14.4: Pohled zleva 14.3 Měření a vyhodnocení Úkolem je stanovit index lomu a koncentraci cukru v dodaných kapalných vzorcích. Měření se provádí pro každou náplň N, stanoví vedoucí cvičení, výsledky měření se zapíší do tabulky. 1. Stiskem vypínače zapneme LED osvětlení krycího hranolu a stupnice. 2. Po nanesení měřeného vzorku, (cca. 5 kapek), se na měřící plochu přiklopí odklopený osvětlovací hranol (12) a zajistí se otočením pojistného kolečka (8). Kapalina musí pokrýt celou měřící stěnu. 3. Zaostříme okulár na nitkový kříž a točítkem (6) nastavíme rozhraní mezi světlým a tmavým polem do průsečíku nitkového kříže. 4. Točítkem (4) otáčíme, dokud nedostaneme ostré a bezbarvé rozhraní. 5. Na stupnicích odečteme index lomu n a cukernatost p v%. 6. Celý postup, body2 5, opakujeme N. 7. Na závěr měření je třeba důkladněočistit oba hranoly vodou a osušit!
86 Bartoň, Křivánek, Severa n p [%] 1 n 1 p 1... N n N p N n ± σ n p ± σ p Pro index lomu i cukernatost vzorku se vypočte střední kvadratická chyba měření. Pokud je k dispozici ruční refraktometr, provede se pouze 1 změření vzorků a odhadne se krajní chyba měření. 14.4 Závěr a diskuse V závěru je třeba uvést výsledky měření i s diskusí chyb měření. Pokud byl vzorek proměřen i ručním refraktometrem, je třeba porovnat výsledky. Pokud se vzorek proměřuje zároveň i polarograficky, porovnejte dosažené výsledky. Na proměřovaných ovocných št ávách bývá výrobcem udávána maximální koncentrace sacharózy. Porovnejte ji s výsledkem. 14.5 Kontrolní otázky 1. Je rychlost světla vyšší v našem vzorku nebo ve vzduchu? 2. V kterém prostředí je vyšší rychlost šíření světla, dojde-li při průchodu z prostředí I do prostředí II k lomu od kolmice? 3. Z jakého důvodu je kontrastnější rozhraní v okuláru při sledování čirého vzorku, než například u vylisované ovocné št ávy? 4. Uved te důvody proč sevůbec cukernatost měří. 5. Jak je definován index lomu? 6. Jakou hodnotu má index lomu vakua? Proč? 7. Jak je definován mezní úhel? 8. Co je to optická disperze? 9. Kde se využívá v praxi úplný odraz světla při dopadu na rozhraní pod úhlem vyšším než je mezní úhel?