1b. Ztráta tepla v závislosti
na povrchu a objemu tělesa
a na chladícím mediu

Proces chlazení patří mezi nejvýznamnější prvky v technologii zpracování potravin. Intenzita chlazení je závislá na velikosti povrchu rozhraní chlazeného tělesa a chladícího média, přičemž objem chlazeného tělesa představuje další prvek. Velmi významným faktorem procesu chlazení je druh a skupenství chladícího média a tvar styčné plochy (rozhraní). Při minimalizaci ztráty tepla je z hlediska poměru povrchu a objemu tělesa optimálním tvarem koule. U optimálního chlazení je tomu naopak, zde je nejvýhodnější velká plocha při tenké vrstvě.

Pravidlo 1: Dle Bergmanova pravidla se hmotnost těla různých ras teplokrevných zvířat v rámci jednoho druhu zvyšuje se snižující se teplotou klimatu. Čím větší je hmotnost těla, tím menší je poměr POVRCH : OBJEM těla, a tím menší je ztráta tepla na jednotku hmotnosti.

Pravidlo 2: Rychlost ztráty tepla závisí na chladícím mediu.

1. Hardware: Měření provádíme na přístroji Cobra 3, vybaveném dvěma polovodičovými teplotními čidly a propojeném s počítačem. Čidla připojíme do konektoru 1 a 2 přístroje. Výslednou křivku budeme charakterizovat softwarem Phywe.
2. Nastavení software: Na počítači spustíme program Measure, dále File a New Measurement. Parametry nastavíme následujícím způsobem:
   
   • Modul: no module / sensor
   • S1: semiconductor
   • S2: semiconductor
   • Channels: Temperature T1 (S1); Temperature T2 (S2); Temperature T2 - T1
   • Y bounds temperature unit: ^oC
   • X data: Time
   • Display: Digital display 1, Digital display 2, Diagram 1, Diagram 2
   • Get value: every 1 s
   • Start of measurement: on key press Temperature T1
   • End of measurement: after 600 values Temperature T1

1. Kalibrace: Teplotní čidla ponecháme na vzduchu, klikneme na Calibrate a zadáme teplotu laboratoře. Postupně klikáme na Calibrate, OK, OK a Continue.
   POZOR: Kalibrují pouze studenti, kteří provádějí první cvičení daného dne, pokračující jíž nekalibrují!
2. Modelová tělesa - skleněné baňky o objemu 500 a 100 ml upevníme do stojanu (viz. obr.)
3. Vytemperování baněk: Ve varné konvici ohřejeme cca 1 l deionizované vody na cca 80 ^oC (teplotu měříme digitálním teploměrem). Baňky naplníme touto vodou a ponecháme několik minut zahřát. Pak tutéž vodu opět zahřejeme ve varné konvici na přibližně stejnou teplotu a definitivně nalejeme do baněk po odpovídající značky. Do baněk umístíme tepelná čidla (do baňky 500 ml vložíme čidlo z portu 1).
4. Počkáme cca 20 vteřin a pak klikneme na počítači na Start measurement. Začne se vykreslovat křivka poklesu teploty. Měření probíhá 6 - 8 min.
   
   

   Definitivní křivky pro obě baňky.

   Zvolíme křivku, kterou chceme hodnotit (T nebo T).

   Zvol Analysis/Show extrema.

   V novém okně se objeví maximální a minimální hodnoty pro vybranou křivku.

   
   
   
5. Vyhodnocení: Po ukončení měření analyzujeme na počítači: Zvolíme Analysis a Show extrema. Opíšeme hodnoty T1 (červená křivka), pak klikneme na OK a 2krát na T2 (modrá) a znovu na Analysis a Show extrema. Opíšeme hodnoty T2 a klikneme na OK. Naměřené hodnoty teplot a jejich rozdíly uložíme do následující tabulky:
   
   

   	teplota oC
   měření	T1max	T1min	T2max	T2min	T1max - T2max	T1min - T2min

   T1_max - maximální (počáteční) teplota u baňky 500 ml
   T1_min - minimální (konečná) teplota u baňky 500 ml
   T2_max - maximální (počáteční) teplota u baňky 100 ml
   T2_min - minimální (konečná) teplota u baňky 100 ml
   
   
6. Vliv chladícího media: Abychom mohli srovnat vliv chladícího media na rychlost ztráty tepla provedeme 3 měření v baňkách na vzduchu a 3 měření v baňkách ponořených ve vodní lázni (viz. obr.). Pro každou variantu (vzduch x voda) vyhotovíme samostatnou tabulku.
7. Statistická analýza: U prvních 2 sloupců každé tabulky zprava provedeme statistickou analýzu (vypočítáme průměr, směrodatnou odchylku výběrovou, relativní a průměru).
8. U obou baněk (500 a 100 ml) vypočítáme poměr POVRCH : OBJEM tak, že použijeme vzorce pro výpočet povrchu a objemu koule (poloměry baněk: r₅₀₀ = 5 cm, r₁₀₀ = 3 cm).
9. V diskusi zhodnotíme jednak zdali se nám podařilo potvrdit Bergmanovo pravidlo, jednak vliv chladícího media (vzduch versus voda) na rychlost ztráty tepla.