Kas yra centrifugavimas ir kodėl jis naudojamas

Terminas „centrifuga“ gali reikšti mašiną, kurioje yra greitai besisukantis indas, kad jos turinys būtų atskirtas tankis (daiktavardis) arba prie mašinos naudojimo veiksmažodis (veiksmažodis). Centrifugos dažniausiai naudojamos atskirti įvairius skysčius ir kietąsias daleles nuo skysčių, tačiau jos gali būti naudojamos dujoms. Jie taip pat naudojami kitais nei mechaninio atskyrimo tikslais.

Šiuolaikinės centrifugos ištakos siekia spiningo rankos aparatą, kurį 18 amžiuje suprojektavo anglų karo inžinierius Benjaminas Robinsas, kad būtų galima nustatyti pasipriešinimą. 1864 m. Antoninas Prandtlas pritaikė pieno ir grietinėlės komponentų atskyrimo metodą. 1875 m. Prandtlo brolis Alexenderis patobulino techniką, išradęs aparatą sviesto riebalams išgauti. Nors centrifugos vis dar naudojamos atskirti pieno komponentus, jų panaudojimas išplėtė daugelį kitų mokslo ir medicinos sričių.

Centrifuga gauna savo pavadinimą išcentrinė jėga

Jei kibiras sukasi pakankamai greitai, vanduo traukiamas į vidų ir neišbėga. Jei kibiras užpildytas smėlio ir vandens mišiniu, jis verdamas centrifugavimas. Pagal sedimentacija pagal principą, vanduo ir smėlis į kibirą bus pritraukti prie išorinio kaušo krašto, tačiau tankus smėlio dalelės nusės į dugną, o lengvesnės vandens molekulės pasislinks į centre.

Centripetalis pagreitis iš esmės modeliuoja didesnį sunkumą, tačiau svarbu nepamiršti dirbtinė gravitacija yra reikšmių diapazonas, priklausantis nuo to, kiek objektas yra arti sukimosi ašies, o ne nuo konstantos vertės. Efektas bus didesnis, kuo toliau daiktas pateks, nes kiekvienu pasukimu jis nuvažiuoja didesnį atstumą.

Visi centrifugų tipai yra pagrįsti ta pačia technika, tačiau skiriasi jų pritaikymu. Pagrindiniai skirtumai tarp jų yra sukimosi greitis ir rotorius dizainas. Rotorius yra prietaiso sukamasis mazgas. Fiksuoto kampo rotoriai laiko pavyzdžius pastoviu kampu, besisukantys galvos rotoriai turi vyrį, kuris leidžia mėginių indams pasisukti į išorę didėjant nugaros greičiui, o ištisinės vamzdinės centrifugos turi vieną kamerą, o ne atskirą mėginį kameros.

Atskiriamos molekulės ir izotopai: Ypač greitos centrifugos ir ultracentrifugai sukasi tokiu greičiu, kad juos galima naudoti atskiriant skirtingos masės molekules ar net izotopai atomų. Izotopų atskyrimas naudojamas moksliniams tyrimams ir branduoliniam kurui bei branduoliniams ginklams gaminti. Pavyzdžiui, sodrinimui gali būti naudojama dujų centrifuga uranas, nes sunkesnis izotopas išsitraukia daugiau nei lengvesnis.

Laboratorijoje: Laboratorinės centrifugos taip pat sukasi dideliu greičiu. Jie gali būti pakankamai dideli, kad galėtų stovėti ant grindų, arba pakankamai maži, kad galėtų pailsėti ant prekystalio. Įprastas įtaisas turi rotorių su kampinėmis gręžtomis skylėmis mėgintuvėliams laikyti. Kadangi mėginių vamzdžiai yra pritvirtinti kampu ir išcentrinė jėga veikia horizontalioje plokštumoje, dalelės juda mažu atstumu prieš trenkdamiesi į vamzdelio sienelę, kad tanki medžiaga galėtų slysti žemyn. Nors daugelyje laboratorinių centrifugų yra fiksuoto kampo rotoriai, dažnai naudojami ir besisukantys kaušo rotoriai. Tokios mašinos yra naudojamos nesimaišančių skysčių ir pakabos. Naudojimas apima kraujo komponentų atskyrimą, DNR išskyrimą ir cheminių mėginių valymą.

Didelio sunkio jėgos modeliavimas: Didelės centrifugos gali būti naudojamos didelio svorio modeliavimui. Mašinos yra kambario ar pastato dydžio. Žmogaus centrifugos naudojamos treniruoti bandomuosius pilotus ir atlikti su gravitacija susijusius mokslinius tyrimus. Centrifugos taip pat gali būti naudojamos kaip atrakcionų parko pasivažinėjimai. Žmogaus centrifugos yra suprojektuotos taip, kad jose būtų iki 10 arba 12 gravitacijų, tačiau didelio skersmens mašinos, nesusijusios su žmonėmis, bandiniams gali parodyti iki 20 kartų didesnį normalų sunkumą. Tas pats principas vieną dieną gali būti naudojamas gravitacijai erdvėje imituoti.

Pramoninės centrifugos yra naudojami koloidų komponentams atskirti (pvz., grietinėlei ir sviestui iš pieno), cheminiam paruošimui, kietųjų dalelių valymui iš gręžimo skysčio, džiovinimo medžiagų ir vandens valymui, siekiant pašalinti dumblą. Kai kurios pramoninės centrifugos atsiskiria nuo sedimentacijos, o kitos medžiagas atskiria naudodamos ekraną ar filtrą. Pramoninės centrifugos naudojamos metalams lieti ir chemikalams ruošti. Skirtingas sunkis turi įtakos fazių sudėčiai ir kitoms medžiagų savybėms.

Kasdieninės programos: Vidutinio dydžio centrifugos yra įprasta kasdieniame gyvenime, daugiausia norint greitai atskirti skysčius nuo kietų medžiagų. Skalbimo mašinos centrifugavimo metu gręžimo ciklo metu atskiria vandenį nuo skalbinių. Panašus prietaisas verčia vandenį iš maudymosi kostiumėlių. Salotų suktukai, naudojami plauti, o po to gręžti sausas salotas ir kitus žalumynus, yra dar vienas paprastos centrifugos pavyzdys.

Nors centrifugavimas yra geriausias aukšto gravitacijos modeliavimo variantas, yra ir kitų metodų, kurie gali būti naudojami medžiagoms atskirti. Jie apima filtravimas, sijojimas, distiliavimas, dekanavimasir chromatografija. Geriausia taikymo technika priklauso nuo naudojamo mėginio savybių ir jo tūrio.