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굴절계의 작동 원리: 교회 창문과 커피 사이의 굴절 이론

Category
Education
Technology
Accessory
DiFluid
Tag
스페셜티커피
에스프레소머신
디플루이드
Writer
방프로
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본 글의 이해를 돕는 중요한 용어 설명 보기

교회 창문의 아름다운 빛에서 시작 한다.

How does refractometer work: the refraction theory between church windows and coffee
How does refractometer work: the refraction theory between church windows and coffee   Who doesn’t know the feeling of entering a church and being struck by the beauty of church windows? Already 1500 years ago, Egyptian craftsmen added metal oxides to molten glass. By changing the refraction of the glass, the glass could emit the different parts of the sunlight each in a different color. The exact same mechanism can make coffee taste better! In order to see the connection between church window and coffee, let’s take a look at the way refraction works. Refraction, refractive index and color When you put a pencil in a glass of water and look at it from the side, you will notice that is looks bent. Why? Because of a phenomenon called refraction. Usually, we think of light as a straight ray, but when light is directed from one material into another (for example, from air into water), it bends. The angle of  bending depends on the refractive index (RI) of the two materials. Different materials have different refractive indices, and different colors of light have different refractive indices in the same material.The refraction index number depends on the temperature and the size and number of molecules scattered in it. Suspended particles with different refractive indices are enclosed in the glass, these suspended particles will scatter the light waves in all directions. Like that, we can achieve the desired color. Refractive index and coffee When we talking about ’making coffee’, we are actually talking about extracting the molecules of aroma and flavor from coffee beam to water. (details of the extraction principle can be found at this link: https://handground.com/grind/an-intuitive-guide-to-coffee-solubles-extraction-and-tds). The size and number of flavor particles obtained from the extraction not only influences the flavor of the coffee, but also changes the refractive index of the coffee, just like the oxide particles in glass. This change is usually very small and cannot be directly determined by eyes. But with a refractometer, we can get the refractive index. By measuring the change in refractive index, we can calculate the TDS value to help us make great tasting coffee. (If you want to learn more about the connection between TDS and great tasting coffee, you can click: 【What is TDS in Coffee and how to get?】.) How does a refractometer work? The refractive index of coffee is measured by placing a small sample of coffee on the prism of a refractometer. The refractometer shines light through the prism and onto the sample at different angles. When the irradiated light reaches a certain angle, it does not pass through the coffee, but is reflected back to the light sensor. This phenomenon is called
굴절이 만들어 내는 빛의 아름다움에서 찾는 과학적 이론
교회에 들어섰을 때 창문의 빛이 만드는 놀라운 아름다움을 모르는 사람이 있을까요? 이미 1500년 전에 이집트의 장인들은 녹은 유리에 금속 산화물을 첨가했습니다. 유리의 굴절을 변화시킴으로써 유리는 저마다 다른 색으로 빛나게 할 수 있었습니다. 똑같은 메커니즘으로 커피 맛을 더 좋게 만들 수 있습니다! 교회 창문과 커피의 연관성을 알아보기 위해 굴절이 어떻게 작동하는지 살펴봅시다.

굴절, 굴절률 그리고 색상

연필을 물 한 컵에 넣고 옆에서 보면 연필이 구부러진 것을 알 수 있습니다. 왜 그럴까요? 굴절이라는 현상 때문입니다. 일반적으로 빛은 직선의 광선이라고 생각하지만, 빛이 한 물질에서 다른 물질로 향할 때(예: 공기에서 물로 향할 때) 휘어집니다. 구부러지는 각도는 두 물질의 굴절률(RI)에 따라 달라집니다. 물질마다 굴절률이 다르고 같은 물질에서도 빛의 색이 다르면 굴절률이 달라지며, 굴절률 수치는 온도 그 안에 흩어져 있는 분자의 크기와 수에 따라 달라집니다. 굴절률이 다른 입자가 유리에 포함되어 있으면, 이러한 입자는 광파를 다양한 방향으로 산란시킵니다. 이렇게 하면 원하는 색상을 얻을 수 있습니다.

굴절률(Refractive Index)과 커피

'커피를 만든다'고 할 때 실제로는 커피 원두에서 뜨거운 물을 이용해 향과 맛 분자를 분리해 내는 것을 의미합니다. (추출 원리에 대한 자세한 내용은 이 링크에서 확인할 수 있습니다: https://handground.com/grind/an-intuitive-guide-to-coffee-solubles-extraction-and-tds). 추출에서 얻은 분자의 크기와 수는 커피의 풍미에 영향을 미칠 뿐만 아니라 유리에 색을 만드는 입자와 마찬가지로 커피의 굴절률을 변화시킵니다. 이 변화는 일반적으로 매우 작아서 눈으로 직접 확인할 수 없습니다. 하지만 굴절계를 사용하면 눈으로 확인 가능한 수치로 굴절률을 얻을 수 있습니다.
굴절률의 변화를 측정하면 훌륭한 맛의 커피를 만드는 데 큰 도움이 되는 TDS 값을 계산할 수 있습니다. (TDS와 좋은 맛의 상관관계를 더 자세히 알고 싶으시면 여기를 클릭하세요: 커피에서 TDS란 무엇이며 어떻게 얻을 수 있나요?)

굴절계는 어떻게 작동하나요?

커피의 굴절률은 굴절계의 프리즘에 커피의 작은 샘플을 올려놓고 측정합니다. 굴절계는 프리즘을 통해 다양한 각도로 샘플에 빛을 비춥니다. 조사된 빛이 특정 각도에 이르면 커피를 통과하지 못하고 광 센서로 다시 반사됩니다. 이 현상을 "전반사, Total Internal Reflection"라고 합니다.
빛의 측정은 매우 정밀해야 하기 때문에 커피용 굴절계는 일반적으로 크기가 커서 조심스럽게 다루어야 합니다. 다행히도 디플루이드는 선형 광원을 평면 광원으로 바꾸고 특수 내부 구조와 검출기 설계를 결합하여 크기가 작으면서도 정확도가 높고 충격이나 세척에도 쉽게 손상되지 않는 휴대용 굴절계를 개발했습니다.
굴절률을 알면 DiFluid의 기기와 함께 제공되는 앱이 자동으로 TDS와 추출 수율을 계산하는 데 도움을 줍니다. 이 두 가지 요소는 커피, 추출 장비, 추출 방법, 로스팅 및 기술에 대해 많은 것을 알려줄 수 있습니다. 바로 이 점에서 굴절계는 커피에 있어 매우 중요한 역할을 합니다.

커피를 위한 최고의 굴절계

DiFluid 굴절계는 포켓 사이즈의 디지털 커피 굴절계입니다. 커피 한 잔의 굴절률을 빠르고 정확하게 측정할 수 있습니다. 홈 바리스타, 커피 로스터, 프로 바리스타는 이 기기를 사용하여 TDS 수치를 자동으로 측정할 수 있습니다. 또한 물의 양과 커피 원두의 무게로 TDS를 계산하여 추출 비율을 결정할 수도 있습니다. 커피용 최고의 굴절계는 빠르고 편리하며 사용하기 쉽워야 합니다.
시료 접시에 커피 몇 방울을 떨어뜨리고 버튼을 누르기만 하면 됩니다. 마이크로프로세서가 굴절률과 TDS를 거의 즉각적으로 판독합니다.
DiFluid 디지털 굴절계는 0-30%의 넓은 범위의 TDS를 지원합니다. 또한 DiFluid 굴절계의 분해능은 0.01%이며 정확도는 +/- 0.03%입니다. 정확한 판독값을 보장하기 위해 DiFluid는 온도 변화의 영향을 자동으로 보정할 수 있는 온도 보정 ATC(Automatic Temperature Compensation) 측정을 개발했습니다. LCD 디스플레이가 있는 DiFluid 굴절계는 어두운 환경에서도 쉽게 읽을 수 있습니다. 또한 디자인이 간단하고 사용하기 쉬우며 모든 제어를 버튼 하나로 수행 할 수 있습니다. IP67 방수 등급 덕분에 센서에 상처를 최소화하며 물로 안전하게 세척할 수 있습니다.

영상으로 보는 굴절계의 작동 원리 (영문)

이제 아름다운 교회 창문과 맛있는 커피의 공통점을 알게 되었네요! 커피에 대한 더 흥미로운 이야기를 알고 싶으시다면 카카오 채널과 인스타그램을 팔로우해 주세요.

중요한 용어 정리

굴절(Refraction) : 빛이 한 물질에서 다른 물질로 이동할 때 광선이 휘어지는 현상을 말합니다. 빛의 굴절은 물체가 물 속에 있을 때 구부러져 보이게 하는 등의 현상을 발생시킵니다.
굴절률(Refractive Index, RI) : 물질이 빛을 얼마나 많이 굴절시키는지를 나타내는 수치입니다. 물질마다 굴절률이 다르고, 같은 물질에서도 빛의 색이 다르면 굴절률이 다릅니다. 또한, 굴절률 수치는 온도 그리고 그 안에 흩어져 있는 분자의 크기와 수에 따라 달라집니다.
TDS(Total Dissolved Solids) : 용액 안에 용해된 고형 물질의 총량을 의미합니다. 커피에서는 향과 맛의 분자를 뜨거운 물에 용해시키는 과정에서 TDS 값이 결정됩니다.
전반사(Total Internal Reflection) : 빛이 물질에서 더 빛이 빠르게 전파되는 물질로 이동할 때 일정 각도 이상에서는 빛이 모두 반사되는 현상을 말합니다. 굴절계에서는 이 현상을 이용해 굴절률을 측정합니다.
굴절계(Refractometer) : 굴절을 이용하여 물질의 굴절률을 측정하는 장치입니다. 커피에서는 굴절률을 통해 TDS 값을 얻어 커피의 풍미를 판단하는 데 사용됩니다.