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실험 중 원심분리기를 사용하고 있는데요..
원심분리기 사용 중에는 압력이 어떻게 변하는지 궁금해서 이렇게 글을 작성합니다.
원심분리기는 회전속도를 RPM을 조정할 수 있고..
그 회전속도에 따라 원심력 "G"가 발생한다고 간략하게는 알고 있는데요.
혹시 이와 동시에 원심분리를 하는 튜브내의 압력도 변하는 것인가요?
압력이 높아지는지, 혹은 낮아지는지.. 아니면 압력 변화로 접근해야 하는지..
(압력 변화라면 기준 압력은? 대기압??)
이것때문에 간단하게 실험을 해봤는데요,,
원심분리 시 에탄올이 들어 있는 튜브를...
튜브 뚜껑을 열고 원심분리하면 에탄올이 쉽게 날라갔고..
튜브 뚜껑을 닫고 원심분리하면 에탄올이 하나도 날라가지 않았습니다..
에탄올이 날라가는 현상이 압력 변화로 인한 것인가요? 아니면 다른 현상에 의한 것인지...
그리고 뚜껑을 닫고 했을때는 에탄올이 날라가지 않았는데..
혹 압력 변화가 있었다면..
튜브 내에 압력이 걸림으로써 가령 용액 내에 분자적 충돌인가 하는 변화는 있지만,
뚜껑이 닫혀있었기 때문에 튜브 내에서 기화되었다가 다시 액화된 것인지...
또 압력이 걸린다면 얼마만큼의 압력이 걸리는지..
그걸 RPM이나 원심력 G에 따라서 정량화 할 수 있을지 궁금합니다.
답변해주시면 감사하겠습니다..
혹 관련 이론이나 참고문헌이 있다면 부탁드리겠습니다.
감사합니다.
- 원심분리
- 원심분리기
- 압력강하
각 분야 한인연구자와 현업 전문가분들의 답변을 기다립니다.
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답변
이응신님의 답변
2011-09-02- 3
많은 분들이 원심분리기라고 하니까 그냥 원심력의 차이에 의해 물질을 분리하는 장치라고 알고 있지만 원리부터, 설계, 구동, 운영 등이 상당히 복잡한 장치입니다.
특히 유체 안에서 밀도에 따라 입자들을 분리하기 위해서 계산해야 할 무차원상수도 5개가 넘을 정도로 아주 정밀하게 설계를 합니다.
일단 원심분리기에서 고속회전 시 튜브를 잡아두기 위해서는 구심력이 작용해야 하고 (실제로는 구심력 역할을 하는 것은 튜브 바깥의 하우징이겠지요) 안쪽에 든 유체는 구심력이 작용하지 못하니까 상대적으로 원심력이 작용하는 것처럼 보여 회전하는 바깥쪽으로 밀려가게 됩니다.
원심력의 크기는 앞에서 다른 분들이 지적한대로 F=mr(omega)^2 이 되고 이것이 질량의 크기인 m에 의해 다른 힘을 받아 힘의 크기에 따라 입자들이 질량에 따라 분리가 가능하게 됩니다. 몇 분이 지적하듯이 원심력의 크기는 질량뿐만아니라 입자가 존재하는 위치인 r에도 영향을 받으므로 계산을 할 때는 입자가 있는 위치도 고려를 해야 합니다.
튜브 안에 있는 액체가 받는 힘은 회전을 하지 않을 때는 대기압과 중력으로 인한 압력 밖에 없습니다. 깊이 차에 의해 대기압과 표면에서 떨어져 있는 깊이가 같이 압력으로 작용하는데 이 압력은 같은 깊이의 액체라면 똑같습니다. 즉, 위나 아래, 옆에 있는 다른 액체 입자에 압력을 가하고 (실제로는 힘을 가하겠지요) 이것이 옆으로 계속 전달되어 액체를 담은 벽면을 밀게되는데 이것이 액체의 압력으로 인식이 됩니다.
액체속에 입자가 있다면 이 입자들은 부력에 의해 액체 속에 떠 있게 됩니다. (그렇지 않으면 침전이 되겠지요) 원심분리기가 회전을 한다면 원심력이 부가적으로 작용하게 되고 이 원심력은 입자의 질량에 비례하므로 균일하지 않은 입자가 섞여 있다면 같은 원심력을 받는 입자들이 일정한 깊이에 모여있게 됩니다. 즉, 입자들이 받는 부력의 변동과 액체들이 받는 압력이 달라지므로 여러 가지 힘의 작용이 균형을 이루는 부분에 입자들이 몰려있게 되는데... 이것 때문에 입자의 질량에 따라 일정한 층으로 나뉘어 분포하게 되는 것입니다.
단순한 압력이나 힘의 차이에 의해 입자들이 분리가 되는 것이 아니라 액체의 압력, 반작용, 원심력, 부력 등이 복잡하게 작용해서 액체 속에서 입자들이 질량 또는 밀도에 따라 분리가 되는 것입니다.
액체끼리 분리가 될때는 약간 다른 상황이므로 잘 생각해보면 답이 나올 듯 합니다.
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실험 중 원심분리기를 사용하고 있는데요..
원심분리기 사용 중에는 압력이 어떻게 변하는지 궁금해서 이렇게 글을 작성합니다.
원심분리기는 회전속도를 RPM을 조정할 수 있고..
그 회전속도에 따라 원심력 "G"가 발생한다고 간략하게는 알고 있는데요.
혹시 이와 동시에 원심분리를 하는 튜브내의 압력도 변하는 것인가요?
압력이 높아지는지, 혹은 낮아지는지.. 아니면 압력 변화로 접근해야 하는지..
(압력 변화라면 기준 압력은? 대기압??)
이것때문에 간단하게 실험을 해봤는데요,,
원심분리 시 에탄올이 들어 있는 튜브를...
튜브 뚜껑을 열고 원심분리하면 에탄올이 쉽게 날라갔고..
튜브 뚜껑을 닫고 원심분리하면 에탄올이 하나도 날라가지 않았습니다..
에탄올이 날라가는 현상이 압력 변화로 인한 것인가요? 아니면 다른 현상에 의한 것인지...
그리고 뚜껑을 닫고 했을때는 에탄올이 날라가지 않았는데..
혹 압력 변화가 있었다면..
튜브 내에 압력이 걸림으로써 가령 용액 내에 분자적 충돌인가 하는 변화는 있지만,
뚜껑이 닫혀있었기 때문에 튜브 내에서 기화되었다가 다시 액화된 것인지...
또 압력이 걸린다면 얼마만큼의 압력이 걸리는지..
그걸 RPM이나 원심력 G에 따라서 정량화 할 수 있을지 궁금합니다.
답변해주시면 감사하겠습니다..
혹 관련 이론이나 참고문헌이 있다면 부탁드리겠습니다.
감사합니다.
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답변
김상태님의 답변
2011-08-31- 0
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실험 중 원심분리기를 사용하고 있는데요..
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원심분리기는 회전속도를 RPM을 조정할 수 있고..
그 회전속도에 따라 원심력 "G"가 발생한다고 간략하게는 알고 있는데요.
혹시 이와 동시에 원심분리를 하는 튜브내의 압력도 변하는 것인가요?
압력이 높아지는지, 혹은 낮아지는지.. 아니면 압력 변화로 접근해야 하는지..
(압력 변화라면 기준 압력은? 대기압??)
이것때문에 간단하게 실험을 해봤는데요,,
원심분리 시 에탄올이 들어 있는 튜브를...
튜브 뚜껑을 열고 원심분리하면 에탄올이 쉽게 날라갔고..
튜브 뚜껑을 닫고 원심분리하면 에탄올이 하나도 날라가지 않았습니다..
에탄올이 날라가는 현상이 압력 변화로 인한 것인가요? 아니면 다른 현상에 의한 것인지...
그리고 뚜껑을 닫고 했을때는 에탄올이 날라가지 않았는데..
혹 압력 변화가 있었다면..
튜브 내에 압력이 걸림으로써 가령 용액 내에 분자적 충돌인가 하는 변화는 있지만,
뚜껑이 닫혀있었기 때문에 튜브 내에서 기화되었다가 다시 액화된 것인지...
또 압력이 걸린다면 얼마만큼의 압력이 걸리는지..
그걸 RPM이나 원심력 G에 따라서 정량화 할 수 있을지 궁금합니다.
답변해주시면 감사하겠습니다..
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감사합니다.
--원심분리기기상 rpm과 g관계는 약 rpm=1.68계산해서 수행함
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답변
김상태님의 답변
2011-08-31- 0
첨부파일
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실험 중 원심분리기를 사용하고 있는데요..
원심분리기 사용 중에는 압력이 어떻게 변하는지 궁금해서 이렇게 글을 작성합니다.
원심분리기는 회전속도를 RPM을 조정할 수 있고..
그 회전속도에 따라 원심력 "G"가 발생한다고 간략하게는 알고 있는데요.
혹시 이와 동시에 원심분리를 하는 튜브내의 압력도 변하는 것인가요?
압력이 높아지는지, 혹은 낮아지는지.. 아니면 압력 변화로 접근해야 하는지..
(압력 변화라면 기준 압력은? 대기압??)
이것때문에 간단하게 실험을 해봤는데요,,
원심분리 시 에탄올이 들어 있는 튜브를...
튜브 뚜껑을 열고 원심분리하면 에탄올이 쉽게 날라갔고..
튜브 뚜껑을 닫고 원심분리하면 에탄올이 하나도 날라가지 않았습니다..
에탄올이 날라가는 현상이 압력 변화로 인한 것인가요? 아니면 다른 현상에 의한 것인지...
그리고 뚜껑을 닫고 했을때는 에탄올이 날라가지 않았는데..
혹 압력 변화가 있었다면..
튜브 내에 압력이 걸림으로써 가령 용액 내에 분자적 충돌인가 하는 변화는 있지만,
뚜껑이 닫혀있었기 때문에 튜브 내에서 기화되었다가 다시 액화된 것인지...
또 압력이 걸린다면 얼마만큼의 압력이 걸리는지..
그걸 RPM이나 원심력 G에 따라서 정량화 할 수 있을지 궁금합니다.
답변해주시면 감사하겠습니다..
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감사합니다.
-RPM=1.68X G으로 계상함
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답변
이상후님의 답변
2011-08-31- 0
-------------------------------------질문-------------------------------------
실험 중 원심분리기를 사용하고 있는데요..
원심분리기 사용 중에는 압력이 어떻게 변하는지 궁금해서 이렇게 글을 작성합니다.
원심분리기는 회전속도를 RPM을 조정할 수 있고..
그 회전속도에 따라 원심력 "G"가 발생한다고 간략하게는 알고 있는데요.
혹시 이와 동시에 원심분리를 하는 튜브내의 압력도 변하는 것인가요?
압력이 높아지는지, 혹은 낮아지는지.. 아니면 압력 변화로 접근해야 하는지..
(압력 변화라면 기준 압력은? 대기압??)
이것때문에 간단하게 실험을 해봤는데요,,
원심분리 시 에탄올이 들어 있는 튜브를...
튜브 뚜껑을 열고 원심분리하면 에탄올이 쉽게 날라갔고..
튜브 뚜껑을 닫고 원심분리하면 에탄올이 하나도 날라가지 않았습니다..
에탄올이 날라가는 현상이 압력 변화로 인한 것인가요? 아니면 다른 현상에 의한 것인지...
그리고 뚜껑을 닫고 했을때는 에탄올이 날라가지 않았는데..
혹 압력 변화가 있었다면..
튜브 내에 압력이 걸림으로써 가령 용액 내에 분자적 충돌인가 하는 변화는 있지만,
뚜껑이 닫혀있었기 때문에 튜브 내에서 기화되었다가 다시 액화된 것인지...
또 압력이 걸린다면 얼마만큼의 압력이 걸리는지..
그걸 RPM이나 원심력 G에 따라서 정량화 할 수 있을지 궁금합니다.
답변해주시면 감사하겠습니다..
혹 관련 이론이나 참고문헌이 있다면 부탁드리겠습니다.
감사합니다.
에탄올을 넣은 튜브의 뚜껑을 안 닫고 원심분리를 하게 되면 원심분리가 되면서 로터의 빈 공간들은 로터의 매우 높은 속도로 인하여 압력이 낮아지게 됩니다. 따라서 뚜껑이 안 닫히게 되면 압력차에 의해 에탄올이 증발되게 됩니다. 하지만 뚜껑을 닫으면 이런 현상은 없겠죠..하지만 뚜껑을 닫게 되면 튜브안에 있는 물질은 압력에 의한 영향은 거의 없겠죠..마치 토네이도가 휩쓸고 지나가면 주변의 압력이 낮아지게 되어 자동차나 건물 잔해들이 공중으로 빨려 올라가는 것과 같습니다.
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답변
황필기님의 답변
2011-08-31- 0
(1)일반적으로 혼합물끼리의 밀도차는 혼합물을 분리해주는 힘인 중력이 강해질수록 커지므로 인위적으로 중력을 크게 해주면 침전현상을 가속화할 수 있습니다.
(2)중력대신 원심력을 이용하면 쉽게 침전현상을 가속화시킬 수 있는데 이런 과정을 원심분리라 합니다. 원심분리기는 원심분리의 원리를 이용해 성분이나 비중이 다른 물질을 분리 ·정제 ·농축하는데 쓰이는 기계를 말합니다.
(3)물체가 원운동을 하면 관성의 원리에 의해 원의 중심방향에서 원 바깥 방향으로 나가려는 힘이 원심력입니다. 원심력의 크기는 질량(m)*반지름(r)*각속도(w)의 제곱이므로 각속도를 조절하면 원심력의 크기를 조절할 수 있습니다. 원심분리기는 원심력의 크기를 조절하여 물질간의 상대적 밀도차를 조절합니다. 원심분리기에서 각속도는 분당 몇 바퀴 회전하는 가를 나타내는 단위인 rpm이라는 단위로 표기합니다. 원심분리되는 물체가 놓여지는 장소인 로터의 위치에 따라 원심분리되는 물질의 회전 반지름이 달라지므로 rpm대신 각속도와 회전반지름을 고려한 G라는 단위가 주로 사용됩니다(1G는 중력과 같은 힘으로써 10G는 중력 10배의 힘에 해당하는 것이죠). 실제로 원심분리에 이용되는 힘을 계산할 때는 반지름과 각속도, 원심분리되는 대상물질의 질량 이외에 물질의 점도, 밀도, 반지름, 부력이 함께 계산되지만 일반적으로 다음과 같은 관계로 정리됩니다:
(4)Fc=m*r*w^2=m*v^2/r 또는 Fc∝n^2*r(여기서, Fc는 원심력, r은 회전체의 반지름, m은 물체의 질량, w는 각속도 그리고 n은 회전수입니다.)
(5)에탄올은 기본적으로 휘발성 액체입니다. 당연히 뚜껑을 열어두면 휘발되어 액량은 감소하겠죠. 위에서도 언급했지만 원심분리의 목적은 이성분계물질들 간의 분리/정제/농축입니다.