تعرف على علم الكيمياء
محتويات الموضوع
أجهزة قياس درجة الحرارة للمنتجات الغذائية
– في هذا الموضوع سنتحدث بالتفصيل عن أجهزة قياس درجة الحرارة للمنتجات الغذائية.
– تعتبر درجة الحرارة هي أكثر المتغيرات التي يتم قياسها والتحكم فيها.
– توجد صناعات كثيرة تحتل فيها قياسات درجة الحرارة مكانة حساسة وخاصة في الصناعات الغذائية.
– وذلك لمعرفة درجة الحرارة التي يجب تصنيع المنتج عليها، معرفة درجة تجميد المنتج، درجة التخزين، درجة الحفظ والتداول وانصهار التجميد للمنتجات مهما جداً لسببين هما:
(1) إمكانية الحصول على درجة حرارة المنتج المجمد بشكل دقيق.
(2) الحصول على درجة الحرارة الحقيقية والممثلة التي تقود إلى اتخاذ إجراء معين.
– توجد صعوبة في طريقة قياس درجة الحرارة للمنتجات سواء قبل وبعد التجميد.
– وتظهر هذه المشكلة بوضوح في معظم المنتجات المجمدة أي الموجودة في صناديق الورق المقوى، التي يصل سمكها إلى ١٥سم.
– وعليه لضمان سلامة الإنتاج يفضل مراقبة العوامل الآتية:
- حرارة السلعة المراد تجميدها.
- حرارة هواء التبريد.
- سرعة الهواء.
- معدل سرعة انصهار المواد المجمدة.
- المدة الفعلية للتخزين.
– يمكن استعمال أنواع مختلفة من الأجهزة البسيطة لقياس الحرارة، بوضعها في المجمد أو في مخزن التبريد، أو في سيارة النقل المبردة، أو بواسطة نظم معقدة يتم التحكم فيها.
تعطى هذه الأجهزة معلومات عن حالة التيارات الموضعية، ووظيفتها التسجيل وإعطاء المعلومات الكاملة حول تاريخ النظام الحراري أثناء التخزين والنقل. وهذا يساعد على معرفة مدى حدوت التغييرات في جودة المنتج.
كيف يتم قياس درجة الحرارة للمنتجات الغذائية
– تقاس درجة حرارة أسطح المنتجات بأجهزة مستعرضة الشكل توضع مباشرة على سطح المنتج، أو بواسطة ترمومتر إشعاعي للقياس السطحي لدرجة الحرارة قياساً وسطياً بين درجة حرارة المنتج ودرجة حرارة الهواء المحيطة به.
– لا يمكن تطبيق هذا النظام في الأغذية التي ليس لها شكل منتظم وقد تسبب هذه الأجهزة بعض المشاكل أهمها:
- تهشم بعض أجزاء عينة المنتج، وأغلفته.
- تصبح عينة المنتج غير مقبولة من قبل المستهلك.
- تصبح عينة المنتج سريعة الفساد.
– يجب تعقيم أجهزة قياس الحرارة قبل وضعها في المنتج الغذائي حتى لا تتسبب في تلوت الأغذية وذلك عن طريق ثقب العينة بواسطة مثقاب ألي أو بمسمار مناسب لحجم المجس أو الترمومتر.
– كما يجب غرس المجس داخل المنتج، من خلال ثقب صغير في سطحه إلى منتصفه وتبدأ قراءة جهاز قياس الحرارة، بعد وضعه بدقائق في المنتج إلى أن تستقر درجة الحرارة، وذلك لتقليل بعض الأخطاء البسيطة التي يسببها سلك التوصيل الموجود بأجهزة القياس.
– قد تصبح هذه الأخطاء كبيرة نتيجة حدوث حرارة من المثقاب في المنتجات المجمدة.
أنواع أجهزة قياس درجة الحرارة
– توجد أجهزة كثيرة لقياس درجة الحرارة، يمكن تصنيف هذه الأجهزة تبعاً لطبيعة التغير الذي يحدث في الجسم المختبر نتيجة لتغير درجة حرارته.
– كما توجد أجهزة كثيرة لقياس درجة الحرارة ومنها ترمومترات تعتمد على التمدد الحجمي للسوائل أو التمدد الطولي للمعادن وترمومترات الغاز، ترمومترات تعتمد على كمية الإشعاع المنبعث من الجسم الساخن.
أولاً/ ترمومترات تعتمد على التمدد الحجمي للسوائل
الترمومتر الزئبقي
– يتكون الترمومتر الزئبقي من بصيلة زجاجية ذات جدار رقيق، متصل بساق من الزجاج الرقيق على هيئة أنبوبة شعرية مغلقة عند طرفها الآخر.
– كما تملأ البصيلة وجزء من الساق بالزئبق.
– يوجد على الساق أو حوله تدريج من درجات الحرارة ويعطى طرف عمود الزئبق عند قراءته على هذا التدريج قيمة درجة حرارة البصيلة أو المراد قياس درجة حرارته.
أساس عمل الترمومترات الزجاجية
– تعتمد الترمومترات الزئبقية في عملها على خاصية تمدد الأجسام بالحرارة وانكماشها بالبرودة.
– نظراً لأن معامل تمدد السوائل أكبر من تمدد البصيلة الزجاجية فإن أي زيادة في درجة الحرارة تؤدى إلى دفع الزئبق من البصيلة إلى الأنبوبة الشعرية، فيحدث تغير ملحوظ في وضع الزئبق داخل الأنبوبة الشعرية الذي يتحرك فيمكن قراءة درجة الحرارة على التدريج.
– لزيادة دقة القراءة يجب وضع الترمومتر في الوسط المقيس (المراد قياس درجة حرارته) والانتظار فترة كافيه لضمان وصول الترمومتر إلى درجة حرارة الوسط المقيس.
– وأن تتجنب وجود مصادر للحرارة أو البرودة بالقرب من الترمومتر لدرجة أنها تؤثر على بياناته.
ثانياً/ ترمومترات تعتمد على التمدد الطولي للمعادن
– تسمى الترمومترات الميكانيكية حيث يتم نقل التمدد الطولي للمعدن عن طريق مجموعة من الروافع إلى مؤشر يتحرك على تدريج ليعطي قراءه تدل على درجة الحرارة.
– من أهم الترمومترات الميكانيكية كما يلي:
(1) ترمومتر الازدواج المعدني
– في هذا النوع يكون العضو الحساس للحرارة (المجس الحراري) عبارة عن شريطين من معدنين مختلفين ملفوفين حول بعضهما ومعاملي تمددهما مختلفين والتغير في درجات الحرارة يؤثر على الشريطين فيتمددا.
– كما أن هذا التمدد يظهر على شكل انحناء يحرك طرف الشريط الحر. وبالتالي تتحرك الجريدة المسننة المتصلة بهذا الطرف. ويتحرك تبعاً لها الترس ثم المؤشر الذي يتحرك على تدريج ليبين درجات الحرارة.
– الشكل التالي يوضح ترمومتر الازدواج المعدني كما يلي:
(2) ترمومتر التمدد المعدني
– وفيه يعتمد القياس على فارق التمدد بين جسمين مختلفين.
– المجس الحراري في هذا الترمومتر عبارة عن ساق مصنوعة من مادة معامل تمددها صغير جداً مثل الكوارتز وتتصل الساق من الخارج بمحيط من مادة معامل تمددها كبير جداً.
– الساق الداخلية تتصل برافعه وجريدة مسننة وترس ومؤشر.
– عند وضع الترمومتر في وسط درجة حرارته مرتفعة فإن الفرق في تمدد كل من الساق والأنبوبة الخارجية يظهر على شكل تمدد يحرك الجريدة المسننة والترس والمؤشر الذي يتحرك على تدريج يبن درجات الحرارة.
– الشكل التالي يوضح ترمومتر التمدد المعدني كما يلي:
ثالثاً/ ترمومترات المقاومة الكهربية
– وهي تعتمد على تغير قيمة المقاومة الكهربية بارتفاع درجة حرارتهما.
– كما أنه بتغير درجة الحرارة تتغير شدة التيار المار في هذه الدائرة.
– وهذا التغير في التيار يمكن اعتباره مقياس لتغير درجات الحرارة.
رابعاً/ ترمومترات تعتمد على قياس كمية الاشعاع المنبعث من الساخن
– حيث تتجمع الحرارة المنبعثة من الجسم الساخن عن طريق عدسة محدبة مما ينشأ عنه جهد كهربي يتناسب طردياً مع درجة الحرارة المؤثرة.
– يقاس قيمة فرق الجهد هذا ليكون دلالة على درجة الحرارة.
– وهذا النوع يستخدم في قياس درجة حرارة الأفران الصناعية.
ترمومتر الازدواج الحراري (يعتمد في القياس على فرق الجهد)
– وهو يعتمد على أنه إذا اتصل طرفي ساقين أو سلكين من معدنين مختلفين وعرضت نقطة الاتصال إلى تغير في درجة الحرارة فتتولد قوة دافعة كهربية معتمدة على الفرق بين درجتي حرارة نقطة الاتصال الباردة والساخنة. وكذلك على نوع معدني السلكين فإنه ينشأ فرق جهد كهربي صغير يعتبر دلاله على درجة الحرارة.
– ويقيس هذا النوع حتى 1800 درجة مئوية.
– وهو يستخدم في قياس درجة الحرارة في الأفران.
– ويتم ذلك عن طريق وضع الازدواج الحراري داخل الفرن ثم يوصل طرفا الازدواج بجهاز قياس كهربي (فولتميتر) يمكن بواسطته قياس الفرق بين القوة الدافعة الكهربية المتولدة في الازدواج عند ارتفاع درجة حرارة الفرن والتي تناسب طردياً مع الارتفاع في درجة الحرارة ولذلك يدرج جهاز القياس الكهربي بحيث يقرأ درجات الحرارة مباشرة.
– الشكل التالي يوضح ترمومتر الازدواج الحراري كما يلي:
الترمومتر وقياس درجة الحرارة
– الترمومتر هو أداة تستخدم لقياس درجات الحرارة.
– علاوة على ذلك يعمل الترمومتر من خلال تغير أحد الخصائص الفيزيائية بتغير درجة الحرارة مثل خاصية تمدد الأجسام مع زيادة درجة الحرارة. وتغير الضغط أو مقاومة السلك الكهربي بتغير درجات الحرارة.
– في الجدول التالي الأنواع المختلفة للترمومتر كما يلي:
– من الجدول السابق نجد أنه يمكن تصميم عدة أنواع من مقاييس درجات الحرارة بالاعتماد على تغير الخصائص الفيزيائية بتغير درجة الحرارة.
– ولعمل ذلك يمكن أن يكون هناك تدريج محدد لقياس درجة الحرارة حيث أن كل خاصية فيزيائية مما سبق تتغير بعلاقة محللة مع تغير درجة الحرارة.
– وبالتالي يكون في النوع الأول من مقياس درجة الحرارة حيث تتمدد مادة الزئبق بزيادة درجة الحرارة أو ازدياد الضغط أو المقاومة بزيادة درجة الحرارة كما في النوعين الثاني والثالث في الجدول أعلاه.
– ولهذا لابد من إيجاد مقياس أو تدريج يعبر عن درجة الحرارة بغض النظر عن تغير من هذه التدريجات المقياس المنوي أو المقياس الفهرنهيتي أو المقياس المطلق.
المقاييس المستخدمة لقياس درجة الحرارة
(1) المقياس المئوي Celsius scale
– يعتمد هذا التدريج لقياس درجة الحرارة على نقطة تحول الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة وهي درجة الإنصهار. ونقطة التحول من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية وهي درجة الغليان للماء.
– وفيه يعتبر درجة التجمد هي الصفر المئوي بينما درجة الغليان هي درجة 100مo.
(2) المقياس الفهرنهايتي Fahrenheit scale
– يعتمد هذا التدريج لقياس درجة الحرارة عند نقطة تحول الماء أيضاً ولكن تم اعتبار درجة الإنصهار هي درجة 32 oف بدلاً من الصفر المئوي، ودرجة الغليان للماء وهي درجة 212 oف بدلاً من 100مo.
– ولتوضيح العلاقة بين التدريج المنوي والتدريج الفهرنهايتي استعن بالقانون الآتي كما يلي:
(3) المقياس المطلق Kelvin scale
– مما سبق نجد أن كلا التدريجين اعتمدا على نوع مادة السائل وهو الماء حيث تم اعتبار نقطة الإنصهار ونقطة الغليان كأساس للتدريج.
– وحيث أن هاتين النقطتين تعتمدان على الضغط وعند من العوامل الأخرى لذا فإننا بحاجة إلى تدريج مطلق لا يعتمد على طبيعة المادة وهذا ما قام به العالم كلفن في تحديد تدريج مطلق لدرجة الحرارة.
– قام العالم كلفن باستخدام الترمومتر المعتمد على التغير في الضغط Gas thermometer. ودرس العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة وذلك لأكثر من غاز ووجد أن جميع الغازات يقل ضغطها بنقصان درجة الحرارة. وأن الضغط يصبح صفر نظرية عند درجة حرارة وقدرها 273.
– وقد تم اعتبار هذه الدرجة هي الصفر المطلق. وأنها لا تتغير بتغير نوع الغاز. وعليه تم معايرة باقي التدريجات الأخرى بالنسبة للصفر المطلق.
– وعليه فإن العلاقة بين التدريج المنوي والتدريج المطلق هي كما يلي:
التدريج المئوي = التدريج المطلق + 273
– الجدول التالي يوضح العلاقة بين أنواع مقاييس درجة الحرارة المختلفة كما يلي:
– ويبين الشكل التالي أنواع مختلفة من الترمومترات المستخدمة في قياس درجات حرارة المواد الغذائية كما يلي:
مثال: إذا كانت درجة الحرارة على المقياس الفهرنهيتي ۱۰۰ درجة فهرنهيتية. أوجد درجة الحرارة المناظرة لها بالمقياس المئوي.
الحل:
يكون الحل كما يلي:
المراجع: كتاب أساسیات ھندسة التصنیع الغذائى لطلبة الصف الثالث بالمدارس الثانویة الفنیة الزراعیة (نظام السنوات الثلاث). تخصص تصنیع منتجات الألبان – التعلیم التبادلى. – تأليف/ اشرف مهدى شروبه – أحمد أمین إبراھیم – مصطفى عبدالمنعم زیدان – جمهورية مصر العربية 2010/2011
