Co je odstředění a proč se používá

Termín odstředivka se může vztahovat na stroj, ve kterém je umístěna rychle se otáčející nádoba pro oddělení jejího obsahu hustota (podstatné jméno) nebo k použití stroje (sloveso). Centrifugy se nejčastěji používají k oddělení různých kapalin a pevných částic od kapalin, ale mohou být použity pro plyny. Používají se také pro jiné účely, než je mechanické oddělení.

Moderní odstředivka sleduje svůj původ k rotačnímu ramennímu aparátu navrženému v 18. století anglickým vojenským technikem Benjaminem Robinsem k určení odporu. V roce 1864 Antonin Prandtl použil tuto techniku ​​k oddělení složek mléka a smetany. V 1875, Prandtl bratr, Alexender, zdokonalil techniku, vynalézat stroj extrahovat butterfat. I když se odstředivky stále používají k oddělení mléčných složek, jejich použití se rozšířilo do mnoha dalších oblastí vědy a medicíny.

Odstředivka dostane jméno od odstředivá síla— Virtuální síla, která táhne spřádané předměty směrem ven.

Pokud se kbelík otáčí dostatečně rychle, je voda tažena dovnitř a nevylévá se. Pokud je kbelík naplněn směsí písku a vody, vytvoří se točení odstředění. Podle sedimentace V zásadě bude voda i písek v kbelíku přitahováno k vnějšímu okraji kbelíku, ale husté částice písku se usadí na dně, zatímco lehčí molekuly vody budou posunuty směrem k centrum.

Centipetální zrychlení v podstatě simuluje vyšší gravitaci, je však důležité mít na paměti umělá gravitace je rozsah hodnot, v závislosti na tom, jak blízko je objekt k ose rotace, ne konstantní hodnota. Efekt je větší, čím dále se objekt dostane, protože pro každou rotaci prochází větší vzdálenost.

Typy odstředivek jsou založeny na stejné technice, ale liší se v jejich aplikacích. Hlavní rozdíly mezi nimi jsou rychlost rotace a rotor design. Rotor je rotační jednotka v zařízení. Rotory s pevným úhlem drží vzorky v konstantním úhlu, rotory s kyvnou hlavou mají kloub, který umožňuje otáčení vzorků nádob směrem ven se zvyšující se rychlostí rotace a kontinuální trubkové centrifugy mají spíše jednu komoru než individuální vzorek komory.

Separační molekuly a izotopy: Extrémně vysokorychlostní odstředivky a ultracentrifugy se točí tak vysokou rychlostí, že je lze použít k oddělení molekul různých hmot nebo dokonce izotopy atomů. Izotopová separace se používá pro vědecký výzkum a výrobu jaderného paliva a jaderných zbraní. Například může být k obohacení použita plynová odstředivka uran, protože těžší izotop je vytažen více než ten lehčí.

V laboratoři: Laboratorní odstředivky také rotují vysokou rychlostí. Mohou být dostatečně velké, aby stáli na podlaze, nebo dostatečně malé, aby se opíraly o pult. Typické zařízení má rotor s úhlovými vyvrtanými otvory pro držení zkumavek se vzorky. Protože zkumavky se vzorky jsou upevněny pod úhlem a odstředivá síla působí v horizontální rovině, částice se pohybují v malé vzdálenosti před zasažením stěny trubice, což umožňuje klouzání hustého materiálu dolů. Zatímco mnoho laboratorních odstředivek má rotory s pevným úhlem, běžné jsou také rotory s výkyvným kbelíkem. Takové stroje se používají k izolaci složek nemísitelných kapalin a pozastavení. Použití zahrnuje oddělení krevních složek, izolaci DNA a čištění chemických vzorků.

Simulace s vysokou gravitací: K simulaci vysoké gravitace lze použít velké odstředivky. Stroje mají velikost místnosti nebo budovy. Lidské odstředivky se používají ke školení pilotů a provádění vědeckého výzkumu souvisejícího s gravitací. Centrifugy mohou být také použity jako projížďky zábavním parkem. Zatímco lidské odstředivky jsou navrženy tak, aby dosahovaly až 10 nebo 12 gravitací, stroje s jiným než lidským průměrem mohou vystavit vzorky až 20násobku normální gravitace. Stejný princip lze jednoho dne použít k simulaci gravitace ve vesmíru.

Průmyslové odstředivky Používají se k oddělení složek koloidů (jako je krém a máslo z mléka), při chemické přípravě, čištění pevných látek z vrtné kapaliny, sušicích materiálů a čištění vody k odstranění kalu. Některé průmyslové odstředivky se při separaci spoléhají na sedimentaci, zatímco jiné separují hmotu pomocí síta nebo filtru. Průmyslové odstředivky se používají k odlévání kovů a přípravě chemikálií. Diferenční gravitace ovlivňuje složení fází a další vlastnosti materiálů.

Každodenní aplikace: Středně velké odstředivky jsou běžné v každodenním životě, hlavně pro rychlé oddělení kapalin od pevných látek. Pračky používají odstřeďování během odstřeďovacího cyklu k oddělení vody od prádla. Podobné zařízení točí vodu z plavky. Dalším příkladem jednoduché odstředivky jsou míchačky na salát, které se používají k mytí a poté k sušení salátu a dalších zelených.

Zatímco centrifugace je nejlepší volbou pro simulaci vysoké gravitace, existují i ​​jiné techniky, které lze použít k oddělení materiálů. Tyto zahrnují filtrace, prosévání, destilace, dekantace, a chromatografie. Nejlepší technika pro aplikaci závisí na vlastnostech použitého vzorku a jeho objemu.