Что такое центрифугирование и почему оно используется

Термин центрифуга может относиться к машине, в которой находится быстро вращающийся контейнер, чтобы отделить его содержимое плотность (существительное) или акту использования машины (глагол). Центрифуги чаще всего используются для отделения различных жидкостей и твердых частиц от жидкостей, но они могут использоваться для газов. Они также используются для других целей, кроме механического разделения.

Современная центрифуга берет свое начало от вращающегося устройства, разработанного в 18 веке английским военным инженером Бенджамином Робинсом для определения сопротивления. В 1864 году Антонин Прандтл применил эту технику для разделения компонентов молока и сливок. В 1875 году брат Прандтля, Алексендер, усовершенствовал технику, изобрел машину для извлечения молочного жира. Хотя центрифуги все еще используются для разделения компонентов молока, их использование распространилось на многие другие области науки и медицины.

Центрифуга получила свое название от

Если ведро вращается достаточно быстро, вода вытягивается внутрь и не проливается. Если ведро заполнено смесью песка и воды, вращение приводит к центрифугирование. Согласно седиментация В принципе, и вода, и песок в ведре будут вытягиваться к внешнему краю ведра, но плотный частицы песка оседают на дно, в то время как более легкие молекулы воды будут смещаться к центр.

Центростремительное ускорение, по существу, имитирует более высокую силу тяжести, однако важно помнить, что искусственная гравитация - это диапазон значений, зависящий от того, насколько близко объект находится к оси вращения, а не от постоянной значение. Эффект тем больше, чем дальше выходит объект, потому что он проходит большее расстояние для каждого поворота.

Все типы центрифуг основаны на одной и той же технологии, но различаются по своему применению. Основными отличиями между ними являются скорость вращения и ротор дизайн. Ротор - это вращающийся узел в устройстве. Роторы с фиксированным углом удерживают образцы под постоянным углом, роторы с качающейся головкой имеют шарнир, позволяющий качать сосуды для образцов. наружу по мере увеличения скорости вращения, и непрерывные трубчатые центрифуги имеют одну камеру, а не отдельный образец камеры.

Разделение молекул и изотопов: Чрезвычайно высокоскоростные центрифуги и ультрацентрифуги вращаются с такой высокой скоростью, что их можно использовать для разделения молекул различной массы или даже изотопы атомов. Разделение изотопов используется для научных исследований и для создания ядерного топлива и ядерного оружия. Например, газовая центрифуга может быть использована для обогащения уран, поскольку более тяжелый изотоп вытягивается наружу больше, чем более легкий.

В лаборатории: Лабораторные центрифуги также вращаются с высокой скоростью. Они могут быть достаточно большими, чтобы стоять на полу, или достаточно маленькими, чтобы опираться на стойку. Типичное устройство имеет ротор с угловыми просверленными отверстиями для удержания пробирок. Поскольку пробирки для образцов закреплены под углом, а центробежная сила действует в горизонтальной плоскости, Частицы перемещаются на небольшое расстояние, прежде чем ударяются о стенку трубки, позволяя скользкому материалу скользить вниз. Хотя многие лабораторные центрифуги имеют роторы с фиксированным углом, роторы с поворотным ковшом также распространены. Такие машины используются для изоляции компонентов несмешивающихся жидкостей и суспензии. Использование включает разделение компонентов крови, выделение ДНК и очистку химических образцов.

Высоко-гравитационное моделирование: Большие центрифуги могут быть использованы для имитации высокой гравитации. Машины размером с комнату или здание. Человеческие центрифуги используются для обучения летчиков-испытателей и проведения научных исследований, связанных с гравитацией. Центрифуги могут также использоваться в качестве аттракционов в парке развлечений. В то время как человеческие центрифуги рассчитаны на 10 или 12 гравитаций, машины большого диаметра, кроме людей, могут выставлять образцы в 20 раз больше нормальной силы тяжести. Один и тот же принцип может однажды использоваться для симуляции гравитации в космосе.

Промышленные центрифуги используются для отделения компонентов коллоидов (например, сливок и масла от молока), при химической подготовке, очистке твердых частиц от бурового раствора, сушки материалов и обработке воды для удаления осадка. Некоторые промышленные центрифуги полагаются на отстаивание для разделения, в то время как другие отделяют материал, используя экран или фильтр. Промышленные центрифуги используются для литья металлов и приготовления химикатов. Дифференциальная гравитация влияет на фазовый состав и другие свойства материалов.

Ежедневные Приложения: Центрифуги среднего размера широко распространены в повседневной жизни, главным образом для быстрого отделения жидкостей от твердых частиц. Во время отжима стиральные машины используют центрифугирование для отделения воды от белья. Подобное устройство раскручивает воду из купальников. Прядильные салаты, используемые для мытья, а затем отжима сухого салата и другой зелени, являются еще одним примером простой центрифуги.

Хотя центрифугирование является лучшим вариантом для моделирования высокой силы тяжести, существуют другие методы, которые можно использовать для разделения материалов. Это включает фильтрация, просеивание, перегонка, фильтрование, и хроматография. Лучший метод для применения зависит от свойств используемого образца и его объема.