离心机的转速和离心力到底怎么选？

离心机的转速和离心力到底怎么选？

在实验室工作中，离心机的使用是一个常见但又容易被忽视的环节。很多人在使用离心机时，往往只是按照经验或文献中的简单描述来设置转速和时间，却很少去深究转速（rpm）和离心力（g）之间的关系。本文将从基本概念出发，详细解释这两个参数之间的转换关系，并给出实际应用中的建议。

什么是离心力？

在牛顿力学中，离心力是一种惯性力（也称为“虚拟力”或“伪力”），当在旋转的参照系中观察时，它看似作用于所有物体，它被指向远离平行于旋转轴并通过坐标系原点的轴。

离心技术的原理是利用物体高速旋转时产生强大的离心力，使置于旋转体中的悬浮颗粒发生沉降或漂浮，从而使某些颗粒达到浓缩或与其他颗粒分离之目的。

如果旋转轴穿过坐标系原点，离心力从该轴径向向外，在距离以角速度ω旋转的参考系原点r处，质量为m的物体上的离心力F的大小为：

什么是相对离心力？

通常情况下，旋转的转头受到的放射状的力都是由相对离心力（RCF）来衡量的。而所谓的相对离心力即是离心力与重力之比：

转速（rpm）与相对离心力（g）之间是什么关系？

查看离心机时，表示转速的单位通常有两种表示方式：离心力g（重力加速度）和每分钟转速rpm。其中g有时也会用相对离心力（RCF）表示，其两者经过计算得出其关系如下（r单位为cm）：

举个例子

当转速为 3000rpm，有效离心半径为 10cm（这个参数在离心机说明书中可找到） 时：

按照公式可得其离心力1006.2g。

那么我们可以知道1500rpm是不等于400g的，与离心直径r有关。

离心力与转速大致关系可用下图对照（来源于网络）：

离心力和转速的差异主要是离心半径决定的。

同一台离心机，不同圈的EP管承受不同离心力

现实中没人会用这个公式去精确计算，且绝大多数离心机都能同时提供转速和离心力两种调节方式。

要说最准确的表达方式，还应该是用离心力（xg），因为只要是离心力一样，不同的离心机理论上离心效果是基本一致的。而转速可不是，相同的转速，不同的转盘半径也会显著影响离心力。

由公式也可以看出，离心力和转速之间并不是呈直线相关的。一般在转速较低的情况下，数值上转速＞离心力；当转速提高以后，两者数值上的差异逐渐缩小→持平→反向差异变化，最后变成数值上转速＜离心力。

以下展示某台低温离心机实际参数增加印象（不同离心机相关数值不同，但规律一致）：

离心力=5000（xg）时，转速=7300rpm，数值上转速＞离心力

离心力=10600（xg）时，数值上转速=离心力

离心力进一步提高后，数值上转速＜离心力

离心力继续加大，数值差异变大