Công nghệ lực ly tâm mang lại nhiều lợi ích cho đời sống hằng ngày, cho ngành xây dựng và thậm chí cả hoạt động y tế. Để hiểu rõ hơn lực ly tâm là gì và đặc điểm của nó mời bạn tham khảo bài viết sau.
Lực ly tâm là gì?
Lực ly tâm được định nghĩa là lực quán tính tác dụng lên mọi vật đứng yên nằm trong hệ quy chiếu quay so với hệ quy chiếu quán tính.
Kết quả của trường gia tốc trong hệ quy chiếu không quán tính, trong trường hợp này là hệ quy chiếu quay.
Lực ly tâm còn được hiểu là phản lực hướng tâm tác dụng lên một vật chuyển động dọc theo một đường cong (thành phần lực vuông góc với vận tốc và đổi hướng theo vận tốc) để giữ cho vật ở trạng thái cân bằng.
Ly tâm là phương pháp sử dụng lực ly tâm để tách nhanh các phân tử có mật độ khác nhau (ρ). Khi nồng độ pha rắn lớn, pha rắn và pha lỏng thường được phân tách bằng lực ly tâm (C = mv2/R). Ly tâm sau đó được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau.
Đặc điểm của lực ly tâm
Hầu hết các vật liệu được đưa vào trong quá trình ly tâm là hỗn hợp không đồng nhất. Trong công nghiệp, nó chủ yếu là hỗn hợp rắn-lỏng hoặc lỏng-lỏng có mật độ khác nhau:
- Các thành phần dễ tách và tách rời nhau, ở dạng keo, độ nhớt của dung dịch không quá cao, pha rắn nhiều và đậm đặc.
- Tạo ra sản phẩm rắn rất tinh khiết nhưng vẫn chứa một ít độ ẩm.
Sau mỗi quá trình ly tâm, hỗn hợp được tách ra để nâng cao chất lượng, dẫn đến sự thay đổi trạng thái mà không thay đổi hóa học, vật lý hoặc sinh hóa:
- Tách tạp chất không kết tinh hòa tan
- Trong quá trình ly tâm, mọt được rửa sạch để đảm bảo chất lượng.
- Tách các tinh thể sản phẩm ra khỏi dung dịch để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật.
- Tổn thất do rửa qua rây ly tâm hoặc hòa tan trong nước hoặc hơi nước
Lực ly tâm có vai trò gì?
Hiện nay, các sản phẩm được sản xuất trên nền tảng công nghệ ly tâm hiện đại, tiên tiến nên có độ bền cao và chất lượng tuyệt đối. Đặc biệt:
Xây dựng
Các sản phẩm ứng dụng công nghệ ly tâm trong xây dựng có thể kể đến cột điện thoại, hàng rào bê tông, cọc bê tông, cống thoát nước… Các sản phẩm này có độ bền rất cao, chống ăn mòn và chống ăn mòn. Tuyệt đối không thấm nước, không lo biến dạng…
Ngoài ra, vật liệu xây dựng sử dụng công nghệ ly tâm rất bền, không sợ hư hỏng, có hình thức đẹp và lắp đặt nhanh chóng, thuận tiện.
Y tế, khoa học
Công nghệ ly tâm được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong y học và nghiên cứu khoa học. Nó giúp phân tích tế bào, máu, protein, DNA, v.v. Những nghiên cứu này rất có giá trị và mang lại nhiều lợi ích.
Công nghiệp
Nhằm mang lại sự thuận tiện, thuận tiện cho quá trình sản xuất, nhiều sản phẩm công nghiệp chất lượng cao được sản xuất. Thiết bị ly tâm được sử dụng rộng rãi trong ngành hóa dầu, dầu thực vật, chế biến tinh bột và các ngành công nghiệp khác,…
Có bao nhiêu phương pháp ly tâm?
Một số phương pháp ly tâm bạn nên tham khảo gồm 4 loại: lắng ly tâm, lọc ly tâm, ly tâm bán liên tục và ly tâm liên tục. Xem chi tiết bên dưới:
- Lắng ly tâm: dùng để tách các hỗn hợp có Δρ thấp: nấm men, axit amin, v.v.
- Lọc ly tâm: thường được sử dụng trong sản xuất
- Ly tâm bán liên tục: có thể lập lịch liên tục, một thành phần liên tục và thành phần chính không liên tục.
- Ly tâm liên tục: Do đó, các thành phần đầu vào và đầu ra liên tục và ở trạng thái ổn định tại bất kỳ điểm nào trong thiết bị và các thông số vật lý không thay đổi theo thời gian.
Công thức tính lực ly tâm chuẩn xác
Hệ quy chiếu quay so với hệ quy chiếu quán tính là một dạng hệ quy chiếu không quán tính vì chuyển động của nó không đều. Mỗi điểm trong hệ tọa độ quay với vận tốc góc không đổi w xung quanh một tâm cố định so với hệ quy chiếu quán tính.
Vectơ vận tốc tại một điểm có bán kính r tính từ tâm quay sẽ luôn tiếp xúc với quỹ đạo tròn quanh tâm quay tại điểm đó và hướng theo chiều quay. Vì sau 2π quay, điểm hoàn thành quỹ đạo là một đường tròn có chu vi 2πr, định mức không đổi của vectơ vận tốc là wr.
v(t) = {vx(t), vy(t), vz(t)}
Trong đó:
- vz(t) = 0
- vx(t) = wrcos(trọng lượng)
- vy(t) = wrsin(trọng lượng)
Trong trường hợp trục z song song với trục quay; Trục x vuông góc với trục quay theo hướng t = 0 thì trục y sẽ vuông góc với hai trục còn lại.
Lực quán tính của một vật có khối lượng m tại điểm r cách tâm quay là:
- Tính F(t) = – ma(t)
- F được tính = -m ω × (ω × r)
Trong đó m được hiểu là khối lượng của vật
Độ lớn của lực là:
| F | = mw2r
Do đó, vectơ gia tốc quay với vận tốc góc w luôn vuông góc với vectơ vận tốc và hướng luôn hướng về tâm quay. Kích thước của nó tỷ lệ thuận với bình phương của w và khoảng cách r. Gia tốc trong công thức trên là gia tốc ly tâm, cũng có thể được biểu thị bằng công thức sau:
a = w × (w × r)
Trong đó:
- w được gọi là vectơ vận tốc góc quay của hệ;
- r là vectơ vị trí từ tâm quay đến điểm có gia tốc ly tâm;
- × là phép nhân vectơ
Do đó, lực ly tâm tỉ lệ thuận với khối lượng của động, ngoài ra còn tỉ lệ với bình phương vận tốc thẳng, đồng thời sẽ tỉ lệ nghịch với bán kính đường cong.
Hướng của lực ly tâm là đường nối tâm đường cong với trọng tâm của vật chuyển động và hướng ra ngoài từ tâm đường cong.
Sự khác biệt giữa lực ly tâm và hướng tâm
Tác dụng của lực hướng tâm là kéo vật về phía tâm của khối quay, còn lực ly tâm là kéo vật ra xa tâm. Lực hướng tâm cho phép một vật chuyển động dọc theo một đường tròn mà không bay đi theo phương tiếp tuyến bằng cách liên tục chạy vuông góc với đường đi.
Theo quan điểm của một vật đứng yên trong hệ quy chiếu thì vật hướng tâm và hướng tâm bằng nhau nhưng ngược chiều nhau. Lực hướng tâm sẽ tác dụng lên các vật chuyển động còn lực ly tâm thì không. Đây là lý do tại sao lực ly tâm đôi khi được gọi là lực.
Hi vọng qua bài viết này các bạn đã cập nhật được những kiến thức về lực ly tâm cũng như công thức tính, cách áp dụng nó trong thực tế. Hãy luôn theo dõi chúng tôi để cập nhật những thông tin hữu ích khác nhé!
