ما هو الطرد المركزي ولماذا يتم استخدامه

click fraud protection

يمكن أن يشير مصطلح الطرد المركزي إلى آلة تحتوي على حاوية تدور بسرعة لفصل محتوياتها كثافة (اسم) أو فعل استخدام الجهاز (فعل). غالبًا ما تستخدم أجهزة الطرد المركزي لفصل السوائل المختلفة والجزيئات الصلبة عن السوائل ، ولكن يمكن استخدامها للغازات. كما أنها تستخدم لأغراض أخرى غير الفصل الميكانيكي.

اختراع وتاريخ مبكر للطرد المركزي

يرجع جهاز الطرد المركزي الحديث إلى جهاز ذراع الغزل الذي صممه المهندس العسكري الإنجليزي بنيامين روبينز في القرن الثامن عشر لتحديد السحب. في عام 1864 ، طبق Antonin Prandtl هذه التقنية لفصل مكونات الحليب والقشدة. في عام 1875 ، قام ألكسندر ، شقيق Prandtl ، بتحسين هذه التقنية ، حيث ابتكر جهازًا لاستخراج الزبد. في حين أن أجهزة الطرد المركزي لا تزال تستخدم لفصل مكونات الحليب ، إلا أن استخدامها توسّع ليشمل العديد من مجالات العلوم والطب الأخرى.

كيف يعمل جهاز الطرد المركزي

جهاز طرد مركزي يحصل على اسمه من قوة الطرد المركزي- القوة الافتراضية التي تسحب الأشياء الدوارة إلى الخارج.قوة الجاذبيةهي القوة المادية الحقيقية في العمل ، وسحب الأشياء الغزل إلى الداخل. يعد دلو الماء مثالاً جيدًا على هذه القوى العاملة.

instagram viewer

إذا كان الجرافة تدور بسرعة كافية ، يتم سحب المياه إلى الداخل ولا تتسرب. إذا كان الدلو ممتلئًا بمزيج من الرمال والماء ، فإنه ينتج الغزل الطرد المركزي. وفقا ل الترسيب المبدأ ، سيتم سحب كل من الماء والرمل في الجرافة إلى الحافة الخارجية للجرافة ، لكن الكثافة سوف تستقر جزيئات الرمل في القاع ، في حين سيتم تهجير جزيئات الماء الأخف باتجاه مركز.

تسارع الجاذبية يحاكي بشكل أساسي الثقل العالي ، ومع ذلك ، من المهم أن نأخذ في الاعتبار الجاذبية المصطنعة هي مجموعة من القيم ، وهذا يتوقف على مدى قرب الجسم من محور الدوران ، وليس الثابت القيمة. التأثير أكبر كلما حصل كائن خارجًا لأنه يسافر مسافة أكبر لكل دورة.

أنواع واستخدامات الطرد المركزي

تعتمد جميع أجهزة الطرد المركزي على نفس الأسلوب ولكنها تختلف في تطبيقاتها. الاختلافات الرئيسية بينهما هي سرعة الدوران و الدوار التصميم. الدوار هو وحدة الدوران في الجهاز. تحتوي الدوارات ذات الزاوية الثابتة على عينات بزاوية ثابتة ، حيث تحتوي دوارات رأس التأرجح على مفصل يسمح لسفن العينة بالتأرجح مع زيادة معدل الدوران ، وأجهزة الطرد المركزي أنبوبي المستمر لديها غرفة واحدة بدلا من عينة فردية غرف.

فصل الجزيئات والنظائر: تدور أجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة وأجهزة الطرد المركزي فائقة السرعة بمعدلات عالية بحيث يمكن استخدامها لفصل جزيئات من كتل مختلفة أو حتى النظائر من الذرات. يستخدم فصل النظائر في البحث العلمي وصنع الوقود النووي والأسلحة النووية. على سبيل المثال ، يمكن استخدام جهاز طرد مركزي للغاز لإثراء اليورانيوم، حيث يتم سحب النظير الأثقل للخارج أكثر من النظير الأفتح.

في المختبر: أجهزة الطرد المركزي مختبر تدور أيضا بمعدلات عالية. قد تكون كبيرة بما يكفي للوقوف على الأرض أو صغيرة بما يكفي للراحة على المنضدة. يحتوي الجهاز النموذجي على دوار به فتحات مثقوبة بزاوية لحمل أنابيب العينات. لأن أنابيب العينة مثبتة بزاوية وقوة الطرد المركزي تعمل في المستوى الأفقي ، تتحرك الجزيئات مسافة صغيرة قبل أن تصل إلى جدار الأنبوب ، مما يسمح للمادة الكثيفة بالانزلاق أسفل. في حين أن العديد من أجهزة الطرد المركزي في المختبرات لها دوارات ذات زاوية ثابتة ، إلا أن دوارات الجرافة المتأرجحة شائعة أيضًا. هذه الآلات تستخدم لعزل مكونات السوائل غير القابلة للخلط و تعليق. وتشمل الاستخدامات فصل مكونات الدم ، عزل الحمض النووي ، وتنقية العينات الكيميائية.

محاكاة عالية الجاذبية: يمكن استخدام أجهزة الطرد المركزي الكبيرة لمحاكاة الجاذبية العالية. الآلات بحجم غرفة أو مبنى. يتم استخدام أجهزة الطرد المركزي البشرية لتدريب الطيارين اختبار وإجراء البحوث العلمية المتعلقة بالجاذبية. ويمكن أيضا أن تستخدم أجهزة الطرد المركزي وركوب متنزه. في حين تم تصميم أجهزة الطرد المركزي البشرية حتى تصل إلى 10 أو 12 خطورة ، يمكن للآلات غير البشرية ذات القطر الكبير تعريض العينات لما يصل إلى 20 مرة خطورة طبيعية. يمكن استخدام نفس المبدأ في يوم من الأيام لمحاكاة الجاذبية في الفضاء.

أجهزة الطرد المركزي الصناعية تستخدم لفصل مكونات الغرويات (مثل الكريمة والزبدة عن الحليب) ، في تحضير المواد الكيميائية ، وتنظيف المواد الصلبة من سائل الحفر ، ومواد التجفيف ، ومعالجة المياه لإزالة الحمأة. تعتمد بعض أجهزة الطرد المركزي الصناعية على الترسيب للفصل ، في حين أن بعضها الآخر يفصل المادة باستخدام شاشة أو مرشح. تستخدم أجهزة الطرد المركزي الصناعية لصب المعادن وإعداد المواد الكيميائية. تؤثر الجاذبية التفاضلية على تكوين الطور وخصائص المواد الأخرى.

التطبيقات اليومية: أجهزة الطرد المركزي متوسطة الحجم شائعة في الحياة اليومية ، وذلك بشكل أساسي لفصل السوائل بسرعة عن المواد الصلبة. تستخدم الغسالات الطرد المركزي أثناء دورة الدوران لفصل الماء عن الغسيل. جهاز مماثل يدور المياه من المايوه. مثال على طريقة عمل أجهزة الطرد المركزي البسيطة ، تُستخدم المغازل للسلطة ، التي تُستخدم في الغسيل ثم تدور الخس والخضروات الجافة الأخرى.

التقنيات ذات الصلة

في حين أن الطرد المركزي هو أفضل خيار لمحاكاة الجاذبية العالية ، هناك تقنيات أخرى يمكن استخدامها لفصل المواد. وتشمل هذه الترشيح، النخل ، التقطير ، صبو اللوني. تعتمد أفضل تقنية لتطبيق ما على خصائص العينة المستخدمة وحجمها.

instagram story viewer