Зараз в ефірі:
онлайн-конференція:
«
Освіта проти насильства: методи профілактики та алгоритми реагування
»
Взяти участь Всі події

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІН ФІЗИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ МОЛОКА

Фізика

02.09.2020

253

1

0

Опис документу:
Статтю присвячено проблемі дослідження фізичних властивостей молока та факторів, що впливають на їх зміни, за допомогою електрохімічного методу окислення-відновлення (електролізу). Досліджено залежності опору молока з різним умістом жирності та води від часу його скисання як технологію визначення стану якості цього продукту.
Перегляд
матеріалу
Отримати код

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ЗМІН

ФІЗИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ МОЛОКА

Постановка проблеми в загальному вигляді та її зв’язок із важливими науковими чи практичними завданнями. На сучасному етапі розвитку суспільства особливої актуальності набувають наукові відкриття, пов’язані з упровадженням в усі галузі діяльності людства новітніх технологій. Технології ХХІ століття вважають амбівалентними бо залежно від їх використання, вони можуть бути як корисними для людини, так і завдавати їй шкоду.

На сьогодні все частіше нам трапляється те, що сучасні технології, спрямовані на користь людини, можуть мати у процесі свого розвитку негативні побічні наслідки. Саме тому головним призначенням фізики як природничої (прикладної) науки стає застосування наукових знань на практиці з метою кращого їх усвідомлення й контролю інноваційних технологічних засобів.

Необхідність докладного опису експериментальних досліджень фізичних властивостей молока та факторів, які впливають на їх зміни, що може бути використаним у промисловості для визначення якості продукту, а також для електролізу молока як альтернативного джерела енергії, і зумовила актуальність проблеми, висвітленої у цій статті.

Аналіз останніх досліджень і публікацій, у яких започатковано розв’язання цієї проблеми та на які спирається автор, виділення нерозв’язаних раніше частин загальної проблеми, яким присвячено означену статтю. Проблема докладного вивчення молока як харчового продукту, що є найбільш досконалим за своїм складом випливає з досліджень у ХІХ столітті науковців І. Павлова, С. Боткіна в галузі медицини та фізіології. Досліджуючи під мікроскопом кисле молоко, французький учений Пастер знайшов у ньому дуже маленькі “кульки” й “палички”. Спостерігаючи за ними, Пастер переконався в тому, що кульки і палички в кислому молоці ростуть, і кількість їх швидко збільшується [3].

Сучасні дослідження показали, що в молоці міститься більш ніж 100 цінних компонентів. До складу молока входять вода, білки, молочний жир, молочний цукор (лактоза), мінеральні речовини і мікроелементи (кальцій і фосфор), більшість відомих вітамінів, ферменти, що сприяють травленню; гормони, імунні тіла, гази, мікроорганізми, пігменти тощо.

У нашій країні випускається широкий асортимент молока, що різняться за тепловою обробкою, хімічним складом, наявністю чи відсутністю наповнювачів. Вимоги до молока для європейських виробників визначено Директивою Ради в ЄС/46/92 в галузі санітарно-гігієнічного контролю молока. Для оцінки якості молока використовують різні методи, один із них – фізико-хімічний аналіз – метод Держстандарту, за допомогою якого можна визначити густину, вологість, кислотність, вміст жиру тощо [1].

Аналізуючи цей метод оцінки якості продукту, можемо констатувати, що такі дослідження неможливо проводити в домашніх умовах через відсутність обладнання та реактивів. Найбільш зручним у цьому плані видається метод електрохімічного окислення-відновлення – метод електролізу.

Під електролізом розуміється сукупність процесів електрохімічного окислення-відновлення на занурених в електроліт електродах, у процесі проходження крізь нього електричного струму. Дослідження електролізу належать Фарадею, Гітторфу, Квінке, Кольраушу, Вант-Гоффу, Арреніусу, Якобі – роботи цих учених знаменують собою зближення фізики з хімією, що з часом стає ще більш тісним [2].

Ретельні досліди науковців свідчать, що процес електролізу неоднаковий у всіх випадках і залежить від низки чинників, наприклад, природи електроліту, оптимізації самих електролізних процесів. Одним із таких чинників є електричний опір речовини. Це пояснюють тим, що рідини мають різну молекулярну будову, отже, гальмівна дія зіткнень заряджених частинок виявляється різною.

Усе вищезазначене уможливлює зробити висновок, що метод електролізу дозволяє розробити технологію визначення зміни фізичних параметрів молока під час його скисання, як метод оцінки якості продукту.

Формування цілей статті (постановка завдання). Метою статті є актуалізація питань необхідності опису технології дослідження якості продукту, на прикладі молока, через визначення змін фізичних параметрів речовини за допомогою електрохімічного методу окислення-відновлення.

Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів. Дослідження якості молока з різним умістом жиру та методом електролізу безпосередньо пов’язано з ґрунтовним вивченням фізичного змісту цього явища.

Носіями електричного струму в рідинах є іони, утворені внаслідок дисоціації – розпаду молекул під дією розчинника. Унаслідок хаотичного теплового руху іонів відбувається зворотний дисоціації процес – молізація, за якого знову утворюється нейтральна молекула. Через іонну провідність проходження струму пов’язано із перенесенням речовини. На електродах відбувається виділення речовин, що входять до складу електроліту. На аноді негативно заряджені частинки віддають свої зайві електрони (окислювальна реакція), а на катоді позитивні іони отримують електрони (реакція відновлення) [4]. Оскільки кислотність молока обумовлюємо присутністю в ньому кислих солей, то електричний струм викликає в молоці хімічні зміни: з розчину виділяються продукти розпаду розчиненої речовини-розчинника (зростає концентрація молочної кислоти, отже, збільшується кількість вільних іонів). У процесі пропускання через розчин електричного струму позитивно заряджені іони починають переміщатися до негативно зарядженого електрода – катода.

У процесі експериментальних досліджень, зроблених упродовж вересня-грудня 2010 року в умовах Слов’янського педагогічного ліцею, було проведено 3 досліди. Для експерименту ми використовували: скляну судину (електролітичну ванночку), джерела струму, з’єднувальні дроти, амперметр, вольтметр, омметр.

У першому та другому дослідах було досліджено електричний опір молока. Для цього складемо електричне коло. Експериментальні дані записували в зошит у вигляді таблиці, будували графіки, діаграми.

Використовуючи 1,5 %, 2,5 %, 3,2 % молоко, ми під’єднали електроди приладу омметра до скляної посудини з молоком і знімали покази цифрового індикатора при кімнатній температурі (18 0С) кожні 7 годин. Пропускаючи електричний струм крізь молоко, ми простежили зміну фізичних параметрів (електричного опору) досліджуваної рідини під час його скисання. У процесі дисоціації у водних розчинах молочної кислоти відбувалася взаємодія її молекул із полярними молекулами води. Оскільки молочна кислота, як і всі органічні кислоти, відноситься до слабких електролітів, то вона лише частково розпадається на іони “+”, а зі зростанням концентрації молочної кислоти збільшується кількість вільних іонів, які рухаються до відповідних електродів, тим самим зменшується опір речовини.

Аналіз отриманих результатів, дозволили дійти висновку, що опір молока під час скисання зменшується й має майже однакове значення (5 кОм) для всіх порцій із різним умістом жиру. Цей експеримент дозволив визначити (за опором молока) скисло молоко чи ні.

Використовуючи розведене водою цільне молоко (10%, 20%, 30%, 40%, 50%), склали електричне коло: налили молоко до електролітичної ванни, під’єднали до джерела струму і зняли покази амперметра та вольтметра. За даними визначали питомий опір цільного та розведеного водою молока. Так, цільне молоко має опір – 1,75∙10Ом∙мм2/м; молоко 10% з умістом води – 1,89∙10Ом∙мм2/м; 20% води – 2,07∙10Ом∙мм2/м; 30% води – 2,16∙10Ом∙мм2/м; 40% води – 2,27∙10Ом∙мм2/м; 50% води – 2,53∙10Ом∙мм2/м. У процесі дослідження ми визначили, що коли молоко більш розведене, то його питомий опір більший за значенням і навпаки.

Приєднавши електролітичну ванну з цільним молоком до вольтметра ми встановили, що стрілка прибору ворухнулася й показала певне значення (1 В). Це означало, що наша установка стала працювати як гальванічний елемент.

Висновки з даного дослідження і перспективи подальших розвідок у цьому напрямку. Отже, на підставі ґрунтовного аналізу поставлених експериментів дійшли висновків:

- опір молока під час скисання зменшується і має однакове значення для всіх порцій із різним умістом жиру;

- більш розведене молоко має питомий опір більший за значенням;

-молоко можна використовувати як гальванічний елемент.

Даний спосіб визначення зміни фізичних параметрів молока (електричного опору) може з великим успіхом використовуватися вдома та в промисловості для визначення якості продукту. Удосконаливши наше дослідження, молоко можна в майбутньому використовувати як нове (альтернативне) джерело енергії, як гальванічного елементу (наприклад, для примітивного освітлювального приладу – ліхтарика).

Література:

1. Кургенев П. Качество молока // П.В. Кургенев [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.isuct.ru/e-lib/sites/default/files/oht19052010.pdf

2. Мухин В. Окислительно-восстановительные процессы: уч. пособ. / В.А. Мухин. – Омск: ОмГУ, 2009. – 184с.

3. Твердохлеб Г. Технология молока и молочных продуктов / Г.В. Твердохлеб [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.books.ru/books/tekhnologiya-moloka-i-molochnykh-produktov-232724/

4. Робинсон Р. Растворы электролитов / Р. Робисон – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_colierэ

Відображення документу є орієнтовним і призначене для ознайомлення із змістом, та може відрізнятися від вигляду завантаженого документу.

Нещодавно завантажили