O documento discute refração da luz, explicando que é uma mudança na direção de um raio de luz ao passar de um meio para outro de diferente índice de refração. Também aborda o uso de refratômetros para medir o índice de refração e a concentração de soluções, assim como a escala Brix para medir sólidos solúveis em frutas e geleias.
2. É um fenômeno óptico
que ocorre com a luz
quando ela muda de meio
de propagação como, por
exemplo, ar e água. É
importante ficar bem
claro que esse
acontecimento só ocorre
quando o feixe de luz se
propaga com velocidade
diferente nos dois meios.
3. É uma relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e
a velocidade da luz em um determinado meio.
Em que: c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 10^8
m/s); v é a velocidade da luz no meio;
4. De modo geral, a velocidade da luz nos meios
materiais é menor que c; e assim, em geral, teremos n >
1. Por extensão, definimos o índice de refracção do
vácuo, que obviamente é igual a 1. Portanto, sendo n o
índice de refracção de um meio qualquer, temos:
5. Criada por Adolf Brix, Brix (°Bx) é uma escala
numérica utilizada para determinar a quantidade de
sólidos solúveis em uma solução de sacarose, ou seja, a
quantidade de sólidos solúveis é a soma de todos os
sólidos (açúcar, sal, proteínas, ácidos, etc.) dissolvidos
em água.
Por exemplo, em uma solução com 25g de sacarose e
75g de água, 100g representam o total da solução que
possui 25°Bx.
6. Como já dito, refração é a mudança de
direção do raio de luz ao penetrar em
um meio líquido. Essa alteração na
direção do feixe de luz é medida em
graus para a determinação do ângulo
de refração. Nesse sentido, a função
do refratômetro é medir e transformar
os ângulos de refração em índices de
refração (nD), usados para determinar
a concentração de uma solução, já que
o índice de refração varia de acordo
com a concentração.
7. Medida por transmissão
Na medida por transmissão, a luz passa através da amostra
sobre a face medidora do prisma de medição. Parte da luz que
incide rasante chega a refletir-se abaixo do ângulo limite da
reflexão total e se observa na ocular como uma linha limite
entre o campo claro e escuro. A incidência rasante no prisma
de medição se consegue de duas maneiras diferentes, no
primeiro se usa o prisma de iluminação cuja base inferior
deixa incidir a luz em todas as direções, inclusive de forma
rasante sobre a face medidora (útil na medição de líquidos), e
o segundo caso se deixa incidir luz sem o prisma de
iluminação sobre a face medidora ( útil na medição de
sólidos).
8. Medida por reflexão
Na medida por reflexão, a luz entra diretamente sobre o
prisma de medição. Na superfície de contato entre
prisma de medição e amostra, há reflexão de luz e esta se
mostra na ocular como um campo claro. O contraste
entre campo claro e escuro não é tão grande como no
caso da medida por transmissão, além da inversão de
posição entre claro e escuro.
9. Girar a trava do prisma para a esquerda até que seja
possível abrir o conjunto do corpo dos prismas. Limpar e
secar esmeradamente as superfícies dos dois prismas e
também das molduras metálicas usando um lenço de papel
com um pouco de água destilada ou éter.
Com um conta gotas depositar 2 ou 3 gotas do liquido a
ser medido na superfície do prisma de medição. Com o
máximo de cuidado fechar o bloco movendo para isso o
prisma de iluminação até poder trava-lo novamente. Evite
deixar bolhas no líquido uma vez que elas reduzem o
contraste da linha limite.
Aguardar uns minutos até o liquido entrar em equilíbrio
térmico com o conjunto dos prismas. Colocar o aparelho na
posição de uso. Posicionar a fonte de luz (Na), para que
através do espelho seja possível iluminar a abertura inferior
do prisma de iluminação.
10. Procurar lentamente na ocular a linha de separação,
variando o ângulo de incidência através do botão de
acionamento. Se houver franjas coloridas fazê-las
desaparecer através do botão superior posicionado no lado
direito do refratômetro. Com a linha de separação nítida, é
possível posicionar-se a linha de separação exatamente no
ponto de intersecção do retículo.
O procedimento para abertura é abrir o bloco de prismas
através da trava, e efetuar a limpeza das superfícies dos
prismas. O bloco dos prismas é construído de metal
cromado, o que permite seu uso em materiais ácidos desde
que o tempo de contato da substância com o equipamento
seja o menor possível.
Para medida de líquidos coloridos se for usado o mesmo
procedimento, seguramente o resultado será incorreto,
então se usa a luz refletida. Para tal retira-se a tampa
redonda inferior no corpo do prisma de medição, para que
a luz entre somente por ele, usar sempre o espelho para
iluminar a amostra.
11. Corpos sólidos bem transparentes podem ser medidos em muitos
casos com luz incidente rasante. Para tal é necessário que o corpo a
ser medido possua 02 faces polidas com ângulo entre elas 90o, com
uma aresta viva. Uma das faces polidas fica apoiada no prisma de
medição e a outra será usada para a entrada de luz.
A camada de ar entre a peça e o prisma de medição, deve ser
eliminada empregando um liquido para contato com índice de
refração superior ao da amostra (Na maioria dos casos usa-se o
alfabromonaftalina com nD = 1.65).
É importante observar que nos corpos sólidos (exceção dos
plásticos) o índice de refração não varia tanto como nos líquidos.
Normalmente a medida de sólidos se faz com luz rasante, porém se
a amostra for pouco translúcida, colorida ou ainda não for possível
deixar uma quina viva entre as duas superfícies, então a única
possibilidade é medir através da luz refletida. Neste método só uma
superfície polida do tamanho do prisma de medição é necessária.
12. O índice de refração é uma propriedade física importante de substâncias
sólidas, líquidas e gases. A medida de índice de refração pode ser usada
para determinar a concentração de uma solução, pois o índice de refração
varia com a concentração.
Em geral, quando a densidade de um meio aumenta, o seu índice de
refração também aumenta. Como variações de temperatura e pressão
alteram a densidade, conclui-se que essas alterações também alteram o
índice de refração. No caso dos sólidos, essa alteração é pequena, mas para
os líquidos, as variações de temperatura são importantes, e no caso dos
gases tanto as variações de temperatura como as de pressão devem ser
consideradas.
Quando se mede o índice de refração de uma solução de açúcar, a
leitura em grau Brix deve combinar com a concentração real de açúcar na
solução. As escalas em percentagem de Brix apresentam as concentrações
percentuais dos sólidos solúveis contidos em uma amostra (solução
aquosa). Os sólidos solúveis contidos são o total de todos os sólidos
dissolvidos na água, começando com açúcar, sais, proteínas, ácidos, etc.
13. Frutas
O sabor da fruta é a combinação de várias substâncias, como
açúcares, ácidos e substâncias voláteis (responsáveis pelo aroma). O
fruto só acumula essas substâncias enquanto está preso à planta-
mãe.
A relação entre os açúcares e a acidez, conhecida como “ratio”, é
utilizada como referência de sabor para muitas frutas. Os açúcares
traduzem bem a percepção do sabor da fruta pelo consumidor e são
fáceis de medir. Por isso, são usados como referência de ponto de
colheita e consumo para a maioria das frutas. Na prática, mede-se o
conteúdo de sólidos solúveis, que são os compostos dissolvidos no
suco da fruta. Como a maior parte dos sólidos solúveis são açúcares,
sua medida é referência para o teor de açúcar.
A unidade de medida do conteúdo de sólidos solúveis é o grau Brix
(º Brix).
1º Brix equivale aproximadamente a 01 grama de sólidos dissolvidos
em 100 gramas do produto. Por exemplo: Uma uva com 15º Brix
possui 15 gramas de sólidos solúveis dissolvidos em 100 gramas do
seu suco, ou seja, 15% de concentração de sólidos. Sabendo o teor de
sólidos solúveis nas frutas, é possível determinar o tempo exato da
colheita, evitando que a colheita seja realizada antes ou depois da
maturação do fruto.
14. Frutas
Amostras que não são soluções, mas misturas podem
precisar de preparações especiais, tais como remoção de
sólidos suspensos. Fibras, polpa e outros tipos de inclusões
devem ser separados por filtração. Este processo
preparatório irá, na maioria dos casos, aumentar a definição
da linha claro-escuro, sem afetar o grau de concentração ou
índice de refração da amostra.
O refratômetro indica todo o extrato solúvel em água
(açúcar e outras substâncias dissolvidas) como substância
seca. A escala de substância seca vale para medidas a 20 oC.
Para outras temperaturas entre 10oC e 30oC, deve-se corrigir
o número de porcentagem lido segundo a tabela de correção
(Tabela 2).
O teor de sólidos solúveis nas frutas é de grande
importância também para o processamento industrial, visto
que elevados teores desses constituintes na matéria-prima
implicam menor adição de açúcares, menor tempo de
evaporação da água, menor gasto de energia e maior
rendimento do produto, resultando em maior economia no
processamento.
15. Geléias
A produção de geleias é uma alternativa, para
utilização de frutas, que não atingem padrões
mínimos de classificação, tamanho e peso. A geleia é o
produto obtido pela concentração da polpa ou suco de
frutas com quantidades adequadas de açúcar, pectina
e ácido, e teor de sólidos solúveis (º Brix) suficiente
para que ocorra a geleificação durante o resfriamento.
A geleificação, de forma simples, pode ser explicada
como sendo a precipitação da pectina pela adição de
açúcar, alterando o equilíbrio existente entre esta e a
água.
No substrato ácido da fruta, a pectina é um coloide
que contém cargas negativas. A adição de açúcar a esse
substrato influencia o equilíbrio entre a pectina e
água, desestabilizando a pectina, formando uma
malha semelhante a uma rede capaz de reter líquidos e
aglutinar o açúcar sob forma de um gel.
16. Geléias
A continuidade da malha formada pela pectina e a
densidade das fibras dependem diretamente da
concentração da pectina. Quanto maior sua
concentração, mais densas serão as fibras e, portanto,
um gel mais forte.
A rigidez da malha é também influenciada pela
concentração de açúcar e pela acidez do meio. Quanto
maior a concentração de açúcar, menor a atividade de
água, logo a estrutura será mais rígida.
A adição de açúcar também promove melhoria da
aparência, do sabor do produto. A determinação da
quantidade a ser adicionada para a fabricação da geléia
é muito importante, pois assegura o teor de sólidos
solúveis necessários para a formação do gel. Sendo a
verificação do teor de sólidos durante o processo
essencial, para obter um produto de qualidade com
um custo baixo de matéria-prima.
18. [1] Algo sobre vestibular. Ondas. Disponível em
<https://www.algosobre.com.br/fisica/ondas.html> Acesso: 19 de
Junho de 2015
[2] UNIVAP. PILLING, S. Luz como uma onda, refração,
polarização, difracão e interferência.
Formação de imagens e instrumentos óticos. Disponível em
<http://www1.univap.br/spilling/BIOF/BIOF_05_Luz%20como%20
uma%20onda.pdf> Acesso: 19 de Junho de 2015
[3] DANTAS, T. Mundo da educação. Reflexão, Refração e Difração
das ondas. Disponível em
<http://www.mundoeducacao.com/fisica/reflexao-refracao-
difracao-das-ondas.htm> Acesso: 19 de Junho de 2015
[4] SANTORO, P. A.; UEM; Medidas de Índice de Refração em uma
Fase Nemática Calamítica. Disponível em:
<http://www.pfi.uem.br/site/disserta/disserta_pdf/perseu_angelo
_santoro_2002.pdf> Acesso: 19 de junho de 2015
19. [5] Só física. Reflexão da Luz – Fundamentos. Disponível em:
<http://www.sofisica.com.br/conteudos/Otica/Reflexaodaluz/refl
exao.php> Acesso em: 20 de Junho de 2015
[6] Brasil Escola. As Leis da Refração. Disponível em:
<http://www.brasilescola.com/fisica/as-leis-refracao-luz.htm>
Acesso em: 20 de Junho de 2015
[7] Mecatrônica Atual. A Utilização de Refratômetros. Disponível
em: <http://www.mecatronicaatual.com.br/educacao/1391-a-
utilizao-de-refratmetros?start=1> Acesso em: 20 de Julho de 2015
[8] http://www.colegioweb.com.br/refracao-da-luz/luz-
monocromatica.html(ACESSO: 27/06/2015 às 13:17hrs)
[9] Braseq. Brix. Disponível em:
<http://braseq.blogspot.com.br/2011/06/brix.html> Acesso em: 21
de Junho de 2015