Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Физические методы обработки гидробионтов: Методическое пособие для слушателей факультета повышения квалификации

Голосов: 0

Пособие содержит описание современных методов обработки гидробионтов и предназначено для слушателей факультета повышения квалификации, обучающихся по специальности 271000 "Технология рыбных продуктов". Для того чтобы специалисты по технологии рыбы и рыбопродуктов осознанно применяли существующие физические методы обработки рыбы и рыбопродуктов и смогли разрабатывать новые методы, и посвящено данное методическое пособие "Физические методы обработки гидробионтов". Целью данного методического пособия является решение проблемы наведения моста между курсом общей физики и предметами, связанными с конкретными вопросами рыбообработки.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
      Камчатский государственный технический университет


          Факультет повышения квалификации




                      Г.П. Исаев




ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ГИДРОБИОНТОВ


         Методическое пособие для слушателей
         факультета повышения квалификации




              Петропавловск-Камчатский
                        2005


УДК 664.951.039
ББК 36
    И85


                           Рецензент
                        М.В. Ефимова,
                    заведующая кафедрой
           технологии рыбных продуктов КамчатГТУ



      Исаев Г.П.

И85     Физические методы обработки гидробионтов. Методиче-
      ское пособие для слушателей факультета повышения ква-
      лификации. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ,
      2005. – 47 с.

         Пособие содержит описание современных методов обработки
      гидробионтов и предназначено для слушателей факультета повы-
      шения квалификации, обучающихся по специальности 271000
      «Технология рыбных продуктов».
         Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом
      КамчатГТУ (протокол № 1 от 23 сентября 2005 г.).




                                                  УДК 664.951.039
                                                          ББК 36




                                               © КамчатГТУ, 2005
                                               © Исаев Г.П., 2005

2


                            Введение
     Начало двадцатого века ознаменовалось резким прорывом в
физике, а именно, возникли квантовая физика, а затем родилась и
ядерная физика. Многие открытые физические явления в этих нау-
ках были в последствии использованы в различных отраслях науки,
техники и технологии.
     Например, с точки зрения квантовой физики после уяснения
природы теплового излучения, как электромагнитного излучения и
данных исследований по строению вещества появилась возмож-
ность осмысленного применения электромагнитного излучения раз-
личного диапазона (тепловое излучение, микроволновое излучение,
ультрафиолетовое излучение и др.) по нагреву рыбы и рыбопродук-
тов. Дело в том, что на 70-90% рыба и рыбопродукты состоят из
воды, которая является диэлектриком, а характеристики тканей ры-
бы по своим характеристикам близки к диэлектрикам. Поэтому об-
рабатываемая рыба не может быть нагрета путем простого процесса
пропускания через нее электрического тока. Из курса физики нам
известно о существовании явления поляризации диэлектриков в
электрическом поле. Оказывается это явление и лежит в основе на-
грева диэлектрических материалов, в том числе и рыбы.
     Что касается ядерной физики, то во второй половине двадцато-
го века для целей стерилизации рыбы и рассола тузлука стали ис-
пользовать радиоактивное излучение.
     Для того чтобы специалисты по технологии рыбы и рыбопро-
дуктов осознанно применяли существующие физические методы
обработки рыбы и рыбопродуктов и смогли разрабатывать новые
методы, и посвящено данное методическое пособие "Физические
методы обработки гидробионтов".
     Целью данного методического пособия является проблема на-
ведения моста между курсом общей физики и предметами, связан-
ными с конкретными вопросами рыбообработки.




                                                               3


Тема №1. Электрические характеристики рыбы и рыбопродук-
                           тов

     1. Строение рыбы и рыбопродуктов.
     Для того чтобы изучать физические процессы, происходящие в
тканях рыбы и рыбопродуктов при различных видах рыбообработ-
ки, необходимо рассмотреть строение рыбы с точки зрения физиче-
ского материального тела.
    Каждое материальное тело состоит из молекул. Молекулой на-
зывается наименьшая частица вещества, характеризующая химиче-
ские свойства вещества. Каждая молекула состоит из атомов. Ато-
мом называется мельчайшая частица вещества, характеризующая
физические свойства вещества.
   Размеры молекул зависят от количества атомов, входящих в со-
став молекулы. Размеры атома составляют ~ 10 − 10 м. В атомной фи-
зике для того, чтобы не, писать, постоянно, степень числа 10 вво-
                                                             0
дится в рассмотрение величина, называемая ангстремом (1 А =
10 − 10 м ). Размеры различных атомов колеблются около значения

                       dA         dA        dA



            dЯ                                         dЯ




                      dA                     dA




                                  dЯ
                                  dA


                             Рис.1.1



4


 0
1 А . Более того межатомные расстояния составляют также порядка
размеров атома.
     В состав атома входит ядро, состоящее из положительно заря-
женных протонов и нейтральных нейтронов с примерно одинако-
выми массами.
   Размеры ядра составляют порядка 10 − 15 м. Вокруг ядра движутся
электроны, масса которых в 1840 раз меньше чем масса протона или
нейтрона.
   На основании выше сказанного и согласно рис.1.1 можно заклю-
чить, что основная масса атома содержится в ядре с линейными
                  0
размерами ~ 10 − 5 А . Ядра находятся друг от друга на расстоянии ~
     0
2 А . Это означает, что расстояние между ядрами в 200000 раз
больше размеров ядра. Из сказанного заключаем, что любое веще-
ство с физической точки зрения можно рассматривать в виде пусто-
ты, т.е. физического вакуума, в котором на больших расстояниях
находятся материальные образования с очень высокой плотностью
                                    кг
вещества, которая составляет ~ 10 20 3 .
                                    м

   2. Дипольный электрический момент.
   Выше было отмечено, что ткани рыбы и рыбных продуктов яв-
ляются диэлектриками. Диэлектриком называется вещество, у кото-
рого практически отсутствуют свободные электроны. Это означает,
что заряды в молекуле рыбы являются связанными.
   Рассмотрим совокупность двух разноименных по знаку и одина-
ковых по величине электрических зарядов. Такая совокупность за-
рядов называется электрическим диполем.
   Рассчитаем результирующее электрическое поле в некоторой
точке наблюдения пространства А, находящейся на оси диполя
справа от отрицательного заряда согласно приведенного рисунка
1.2.
   На рисунке 1.2 величина L, равная расстоянию между зарядами,
называется плечом электрического диполя.
   Согласно принципа суперпозиции электрических полей резуль-
тирующее электрическое поле в точке наблюдения А будет равно


                                                                 5


                         →     →      →
                       EА = E+ + E− .                       (2.1)
   Спроектируем векторное уравнение (2.1) на направление оси ОХ
прямоугольной системы координат ХОУ, ось OX которой направ-
лена по оси диполя в сторону от положительного заряда к отрица-
тельному

                       EА = E+ − E− ,                      (2.2)
в выражении (2.2) величины E + и E − представляют из себя моду-
ли напряженностей электрических полей, создаваемых положи-
тельным и отрицательным зарядами диполя соответственно.




                                Рис.1.2.

   Далее учитывая выражение для поля точечного заряда, получа-
ем:

                     q          q            qL             p
EА = E+ − E− =            2
                            −        2
                                       =−          3
                                                     =−            , (2.3)
                 4 π ε 0 r+ 4 π ε 0 r−    2 π ε0 r      2 π ε0 r 3
                                      Ф
в выражении величина ε 0 = 8,85 ⋅ 10 − 12 называется электриче-
                                      м
ской постоянной, она физического смысла не имеет, а является ко-
6


эффициентом перевода электрических величин из одной системы
единиц измерения в другую.
   Таким образом, результирующее поле в точке наблюдения А оп-
ределяется выражением (2.3), знак минус означает, что вектор ре-
зультирующего электрического поля, создаваемого диполем на-
правлен в отрицательном направлении оси ОХ. В данном выраже-
нии введена в рассмотрение величина
                            p=q⋅L,                          (2.4)
называемая дипольным электрическим моментом.
   Запишем выражение (2.3) с учетом (2.4) в векторной форме
                                 →
                      →          p
                      EА =              .                   (2.5)
                             2 π ε0 r 3


                                     p
                       +                      -

                                      L

                              Рис.1.3
           →
   Вектор p в выражении (2.5) называется вектором дипольного
электрического момента, который характеризует электрические
свойства диполя и который направлен вдоль оси диполя по направ-
лению от отрицательного заряду к положительному заряду диполя
(рис.1.3).

   3. Полярные и неполярные молекулы.
   Как было отмечено выше ткани рыбы и рыбных продуктов, как и
вода, входящая в их состав, являются диэлектриками. Диэлектрика-
ми, являются вещества, у которых практически отсутствуют сво-
бодные электроны. Из сказанного следует, что нагреть рыбу и рыб-
ные продукты путем простого пропускания через нее электрическо-
го тока не представляется возможным. Возникает вопрос относи-


                                                               7


тельно того, каким же должен быть механизм нагрева рыбы, напри-
мер, в обычной духовке или в микроволновой печи.
   Оказывается, что механизм нагрева связан с понятием поляриза-
ции молекул диэлектрика в электромагнитном поле излучения.
   Для того чтобы уяснить механизм поляризации диэлектрика рас-
смотрим процесс создания электрического поля в точке наблюдения
отрицательно заряженными электронами и положительно заряжен-
ными протонами, входящими в состав молекулы.
   1). Электроны.
   Каждый из электронов молекулы создает в определенной точке
пространства электрическое поле. Суммируя векторно эти поля
можно получить результирующее электрическое поле в точке на-
блюдения от всех электронов молекулы. Выберем в пределах моле-
кулы некоторую точку и поместим в эту точку отрицательный элек-
трический заряд величиной, равной суммарному заряду всех элек-
тронов молекулы. Если данный "эффективный" отрицательный
электрический заряд будет создавать в точке наблюдения электри-
ческое поле, равное электрическому полю от всех электронов моле-
кулы, то данную точку в молекуле называют центром тяжести от-
рицательного заряда.
   2). Протоны.
   Каждый из протонов создает в определенной точке пространства
электрическое поле. Суммируя векторно все эти поля, можно полу-
чить результирующее электрическое поле в точке наблюдения от
всех протонов молекулы. Выберем в пределах молекулы некоторую
точку и поместим в эту точку положительный заряд величиной,
равной суммарному заряду всех протонов молекулы. Если данный
"эффективный" положительный электрический заряд будет созда-
вать в точке наблюдения электрическое поле, равное электрическо-
му полю от всех протонов молекулы, то данную точку в молекуле
называется центром тяжести положительного заряда.
   В зависимости от взаимного расположения центров тяжести по-
ложительного и отрицательного зарядов молекулы все молекулы
можно разделить на три типа.
   1). Неполярные молекулы.
   В данном случае электронная пара двух атомов молекулы А и В
одинаковой степени принадлежит обоим атомам. Это означает, что
центры тяжести положительных зарядов C1 отрицательных заря-

8


дов C 2 и молекулы совпадают и молекула называется неполярной.
Схематически понятие неполярной молекулы можно изобразить с
помощью рис.1.4. Каждая неполярная молекула не создает в окру-
жающем пространстве электрического поля вследствие совпадения
центров тяжести положи тельного и отрицате-




                             Рис. 1.4
льного электрических зарядов. Следовательно, и весь объем диэлек-
трика, состоящего из неполярных молекул не создает в окружаю-
щем пространстве электрического поля.
   Неполярными молекулами являются двухатомные молекулы, со-
стоящие из одинаковых атомов N 2 , H 2 , O 2 , т.е. входящих в состав
воздуха, а также углеводороды, парафин и другие.
   2). Полярные молекулы.
   Рассмотрим данный вид молекул на примере молекулы, состоя-
щей из разных атомов, например, молекулу HCL .
   Электронная пара в такой молекуле в большей степени смещена
к одному из атомов. Поэтому центры тяжести положительных и от-
рицательных зарядов C1 и C 2 не совпадают. Это означает, что дан-
ный тип молекул является электрическим диполем, т.е. полярная
молекула в точке наблюдения окружающего пространства создает
электрическое поле.
   Однако, диэлектрик из полярных молекул в целом в окружаю-
щем пространстве электрического поля не создает в силу того, что
векторы напряженности электрического поля громадного числа мо-
лекул хаотически ориентированы в пространстве и в сумме дают
нулевой вектор.


                                                                   9


                              Рис.1.5.
   Изобразим схематически такую молекулу в виде электрического
диполя на рис.1.5.
   Типичным представителем полярных молекул является молекула
воды (H 2 O ) , состоящую из трех атомов, из которой на 70-90% со-
стоит рыба и рыбопродукты. Ориентация атомов в молекуле воды
представлена на рис.1.6.




                             Рис.1.6.


   3). Ионные молекулы.
   Данный вид молекул является предельным случаем полярности
молекулы, когда центры тяжести положительного и отрицательного
зарядов С1 и С 2 находятся в самих атомах А и В, которые пред-
ставляют из себя разноименно заряженные ионы.


10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика