Čo je odstredenie a prečo sa používa?

Termín odstredivka sa môže vzťahovať na stroj, v ktorom je umiestnená rýchlo rotujúca nádoba na oddelenie obsahu hustota (podstatné meno) alebo k aktu použitia stroja (sloveso). Odstredivky sa najčastejšie používajú na oddelenie rôznych kvapalín a tuhých častíc od kvapalín, ale môžu sa použiť aj na plyny. Používajú sa aj na iné účely ako na mechanické oddelenie.

Moderná odstredivka sleduje svoj pôvod v prístroji na spriadanie ramien navrhnutom v 18. storočí anglickým vojenským inžinierom Benjaminom Robinsom na určenie odporu vzduchu. V roku 1864 Antonin Prandtl použil túto techniku ​​na oddelenie zložiek mlieka a smotany. V 1875, Prandtl brat, Alexender, zdokonalil techniku, vynájsť stroj na extrakciu maslového tuku. Zatiaľ čo sa odstredivky používajú na oddelenie mliečnych zložiek, ich používanie sa rozšírilo do mnohých ďalších oblastí vedy a medicíny.

Názov odstredivky sa nazýva odstredivá sila— Virtuálna sila, ktorá ťahá točiace sa objekty smerom von.

Ak sa vedro točí dostatočne rýchlo, voda sa vtiahne dovnútra a nevyleje sa. Ak je vedro naplnené zmesou piesku a vody, vzniká točením odstreďovanie. Podľa sedimentácia V zásade bude voda a piesok v vedre vtiahnuté k vonkajšiemu okraju vedra, ale husté častice piesku sa usadia na dne, zatiaľ čo ľahšie molekuly vody sa posunú smerom k centrom.

Centipetálne zrýchlenie v podstate simuluje vyššiu gravitáciu, je však dôležité mať na pamäti umelá gravitácia je rozsah hodnôt v závislosti od toho, ako blízko je objekt od osi rotácie, nie od konštanty hodnota. Účinok je väčší, čím ďalej sa objekt dostane, pretože pre každú rotáciu prechádza väčšia vzdialenosť.

Typy odstrediviek sú založené na rovnakej technike, ale líšia sa ich použitím. Hlavné rozdiely medzi nimi sú rýchlosť rotácie a rýchlosť rotácie rotor dizajnu. Rotor je rotačná jednotka v zariadení. Rotory s pevným uhlom držia vzorky v konštantnom uhle, rotory s výkyvnou hlavou majú kĺb, ktorý umožňuje otáčanie nádob na vzorky smerom von so zvyšujúcou sa rýchlosťou odstreďovania a kontinuálne rúrkové odstredivky majú skôr jednu komoru ako samostatnú vzorku komôr.

Oddeľujúce molekuly a izotopy: Extrémne vysokorýchlostné odstredivky a ultracentrifugy sa točia takými rýchlosťami, že sa dajú použiť na oddelenie molekúl rôznych hmôt alebo dokonca izotopy atómov. Oddelenie izotopov sa používa na vedecký výskum a na výrobu jadrového paliva a jadrových zbraní. Na obohatenie sa môže napríklad použiť plynová odstredivka urán, pretože ťažší izotop sa vytiahne viac ako ten ľahší.

V laboratóriu: Laboratórne odstredivky sa tiež točia vysokou rýchlosťou. Môžu byť dosť veľké na to, aby stáli na podlahe alebo dosť malé na to, aby si mohli položiť na pult. Typické zariadenie má rotor so sklonenými vyvŕtanými otvormi na držanie skúmaviek. Pretože skúmavky na vzorky sú pripevnené pod určitým uhlom a odstredivá sila pôsobí v horizontálnej rovine, častice sa pohybujú o malú vzdialenosť pred zasiahnutím steny skúmavky, čo umožňuje kĺzanie hustého materiálu nadol. Zatiaľ čo mnoho laboratórnych odstrediviek má rotory s pevným uhlom, bežné sú aj rotory s výkyvným vedrom. Takéto stroje sa používajú na izoláciu zložiek nemiešateľných kvapalín a suspenzie. Medzi použitia patrí separácia zložiek krvi, izolácia DNA a čistenie chemických vzoriek.

Simulácia vysokej gravitácie: Na simuláciu vysokej gravitácie sa môžu použiť veľké odstredivky. Stroje majú veľkosť miestnosti alebo budovy. Ľudské centrifúgy sa používajú na výcvik skúšobných pilotov a vykonávanie vedeckého výskumu súvisiaceho s gravitáciou. Centrifugy sa môžu používať aj ako jazdy v zábavných parkoch. Zatiaľ čo ľudské centrifúgy sú navrhnuté tak, aby dosahovali až 10 alebo 12 gravitácií, stroje s výnimkou človeka môžu vystaviť vzorky až 20-násobku normálnej gravitácie. Rovnaký princíp sa môže jedného dňa použiť na simuláciu gravitácie vo vesmíre.

Priemyselné odstredivky sa používajú na oddelenie zložiek koloidov (ako je krém a maslo z mlieka), pri chemickej príprave, čistení pevných látok z vŕtacej kvapaliny, sušiacich materiálov a úpravy vody na odstránenie kalov. Niektoré priemyselné odstredivky sa pri separácii spoliehajú na sedimentáciu, zatiaľ čo iné separujú hmotu pomocou sita alebo filtra. Priemyselné odstredivky sa používajú na odlievanie kovov a prípravu chemikálií. Diferenciálna gravitácia ovplyvňuje zloženie fáz a ďalšie vlastnosti materiálov.

Každodenné aplikácie: Stredne veľké odstredivky sú bežné v každodennom živote, hlavne na rýchle oddelenie tekutín od pevných látok. Práčky používajú odstreďovanie počas odstreďovacieho cyklu na oddelenie vody od bielizne. Podobné zariadenie točí vodu z plaviek. Šalátové odstredivky, ktoré sa používajú na umývanie a potom odstredenie suchého šalátu a iných zelení, sú ďalším príkladom jednoduchej odstredivky.

Kým odstreďovanie je najlepšou možnosťou simulácie vysokej gravitácie, existujú ďalšie techniky, ktoré sa môžu použiť na oddelenie materiálov. Tie obsahujú filtrácia, preosievanie, destilácia, dekantáciaa chromatografie. Najlepšia technika pre aplikáciu závisí od vlastností použitej vzorky a jej objemu.