centrifuge를 지속적으로 적용하는 모든 장치 원심력, 즉 회전으로 인한 힘을 가하는 모든 장치입니다. 사실상 원심분리기는 중력과 비슷하지만 더 강한 힘을 대체합니다. 모든 원심분리기에는 회전 용기가 포함되어 있으며 용도에 따라 다양한 구성이 있습니다. 예를 들어 세탁기의 구멍이 뚫린 회전 드럼은 옷에서 과도한 물을 버리는 원심분리기의 일종입니다. 유사한 유형이 산업에서 분쇄 후 고체에서 유체를 분리하는 데 사용됩니다.
아이작 뉴턴 경이 제1운동법칙에서 밝힌 바와 같이, 자유롭게 움직이는 물체(예: 공)는 직선으로 이동하는 경향이 있으며, 어떤 억제력에 의해 곡선 경로를 따라 이동하도록 지시하면(예: 손에 끈을 묶어 놓으면) 지시 또는 억제력에 반하는 힘을 발휘하여 직선 접선 경로로 날아가려고 계속 노력하게 됩니다. 원을 그리며 회전하는 물체가 회전 중심에서 멀어지는 힘을 발휘하는 것은 익숙한 관찰 결과입니다. 줄에 매달린 공이 바깥쪽으로 당겨지는 이 힘이 바로 원심력입니다. 또한 회전의 각속도, 물체의 질량 또는 물체가 움직이는 원의 반지름을 증가시킴으로써 이 힘의 양을 늘릴 수 있다는 사실은 일반적으로 잘 알려져 있습니다. 원심력이 반경과 질량에 정비례하는 반면, 원심력은 각속도의 제곱에 비례한다는 사실은 일반적으로 잘 알려져 있지 않을 수 있습니다. 예를 들어, 회전하는 물체의 질량을 두 배로 늘리면 원심력은 두 배로 증가하지만 분당 회전 수(rpm)를 두 배로 늘리면 원심력은 4배(2의 2 곱하기)로 증가하고, 마찬가지로 속도를 10배로 늘리면 힘은 100배(10의 10 곱하기)로 증가하게 됩니다. 원심력은 기본 관계식 F = mν2 / R = 4π2mn2R로 표현되며, F는 원심력, m은 질량, R은 반지름, v는 속도, n은 초당 회전 수입니다.
원심력은 종종 물체의 무게(중력)와 직접 비교되며, 힘의 양은 "중력의 몇 배" 또는 "g"로 표시됩니다. 특수 연구 장치를 사용하여 완두콩 크기의 작은 금속 로터를 분당 1,000,000회 이상의 속도로 회전시켜 중력의 5,000,000배가 넘는 힘을 만들어 냈습니다.
원심분리기의 회전 요소는 일반적으로 전기 모터에 의해 고정된 축을 중심으로 구동되거나 일부 고속 기계에서는 에어 터빈에 의해 구동되며 로터, 보울 또는 드럼으로 알려져 있습니다. 샤프트의 진동과 변형을 최소화하고 베어링의 진동과 변형을 최소화하려면 하중을 받는 로터의 균형을 잘 맞추는 것, 즉 총 질량이 회전축을 중심으로 분산되어 모든 요소 힘의 결과가 0이 되도록 하는 것이 필수적입니다. 베어링이 고속에 적합하고 베어링의 마찰 저항을 극복할 수 있는 충분한 동력을 사용할 수 있는 경우, 균형이 잘 잡힌 로터의 속도에 대한 유일한 제한은 로터를 만드는 재료의 파열에 대한 강도뿐입니다.
예를 들어, 특정 생물학적 연구에 사용되며 특히 고속용으로 설계된 직경 15cm(6인치) 로터의 경우, 일상적인 작동의 한계 속도는 분당 약 60,000회 회전입니다. 주어진 설계의 로터에서 파열 전에 얻을 수 있는 최대 각속도는 로터의 직경에 반비례하는 근사치에 가깝습니다. 따라서 직경이 큰 로터의 절반에 불과한 작은 로터는 두 배의 각속도로 두 배의 원심력으로 주변부에서 두 배의 생산량으로 안전하게 회전할 수 있습니다.
원심분리기의 가장 광범위한 용도는 농축 및 물질의 농축 및 현탁액 또는 유체에 용해된 상태입니다. 현탁액보다 밀도가 높은 부유 입자는 주변으로 이동하는 경향이 있고 밀도가 낮은 입자는 중심을 향해 이동합니다. 이동이 진행되는 속도는 원심장의 강도, 입자의 밀도와 부유 액체의 밀도 차이, 액체의 점도, 입자의 크기와 모양, 입자의 농도 및 전하를 띠는 정도에 따라 어느 정도 달라집니다. 입자에 가해지는 순 동기력은 입자에 작용하는 원심력과 액체의 반대 부력 사이의 차이입니다. 두 입자의 다른 모든 조건이 동일하다면, 직경이 다른 입자의 10배인 입자는 다음과 같은 조건만 필요합니다. 1/100 주어진 시간에 주어진 거리를 이동하는 데 필요한 평균 원심장의 크기가 작을수록 더 큰 값을 갖습니다.
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전술한 논의로부터, 모든 입자가 회전 용기 또는 원심분리기의 외벽에 모일 때까지 원심분리를 계속할 경우 부유 매체와 부유 입자를 실질적으로 완전히 분리할 수 있음이 분명해졌습니다. 또한 크기가 다른 두 그룹의 부유 입자를 부분적으로 분리하려면 원심분리를 큰 입자가 모두 침전물에 완전히 채워질 때까지만 계속하면 많은 작은 입자가 여전히 유체 내에 부유할 것이므로 원심분리를 계속할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 더 큰 입자와 더 작은 입자를 분리하려면 표면 유체를 빼내고 침전물을 적절한 액체에 다시 부유시킨 다음 다시 원심분리하여 추가 분리를 수행할 수 있습니다.
원심분리기는 분리할 물질이 들어 있는 회전 원심분리기 보울에 단단한 벽이 있는지, 구멍이 뚫린 벽이 있는지 또는 이 둘의 조합인지에 따라 일반적으로 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 또한 물질이 연속 흐름 공정으로 처리되는지, 배치 공정으로 처리되는지 또는 위 두 가지 공정의 조합으로 처리되는지에 따라 특성화할 수 있습니다.