ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИВЕРЖЕННОСТЬ: ЧТО ЭТО ТАКОЕ И ПРИМЕРЫ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2024

Физическая адгезия является связывание между двумя или более поверхностями одного и того же материала или другого материала при контакте. Он создается силой притяжения Ван-дер-Ваальса и электростатическими взаимодействиями, которые существуют между молекулами и атомами материалов.

Силы Ван-дер-Ваальса присутствуют во всех материалах, они притягиваются и возникают в результате атомных и молекулярных взаимодействий. Силы Ван-дер-Ваальса возникают из-за индуцированных или постоянных диполей, создаваемых в молекулах электрическими полями соседних молекул; или мгновенными диполями электронов вокруг ядер атомов.

Склеены три M&M

Электростатические взаимодействия основаны на образовании двойного электрического слоя при контакте двух материалов. Это взаимодействие создает электростатическую силу притяжения между двумя материалами за счет обмена электронами, называемую кулоновской силой.

Физическое прилипание заставляет жидкость прилипать к поверхности, на которой она находится. Например, когда вода помещается на стекло, на поверхности образуется тонкая однородная пленка из-за сил сцепления между водой и стеклом. Эти силы действуют между молекулами стекла и молекулами воды, удерживая воду на поверхности стекла.

Что такое физическая приверженность?

Физическая адгезия - это свойство поверхности материалов, которое позволяет им оставаться вместе при контакте. Это напрямую связано со свободной поверхностной энергией (ΔE) для случая адгезии твердое тело-жидкость.

В случае адгезии жидкость-жидкость или жидкость-газ свободная энергия поверхности называется межфазным или поверхностным натяжением.

Свободная поверхностная энергия - это энергия, необходимая для создания единицы площади поверхности материала. По свободной энергии поверхности двух материалов можно рассчитать работу адгезии (сцепления).

Работа адгезии определяется как количество энергии, которое подводится к системе для разрыва границы раздела и создания двух новых поверхностей.

Чем больше работа адгезии, тем больше сопротивление разделению двух поверхностей. Работа адгезии измеряет силу притяжения между двумя разными материалами при контакте.

уравнения

Свободная энергия разделения двух материалов, 1 и 2, равна разнице между свободной энергией после разделения ( _{конечная} γ ) и свободной энергией до разделения ( _{начальная} γ ).

ΔE = W ₁₂ = _{конечный} γ - _{начальный} γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = поверхностная свободная энергия материала 1

γ ₂ = поверхностная свободная энергия материала 2

Величина W ₁₂ - это работа адгезии, которая измеряет прочность сцепления материалов.

γ ₁₂ = межфазная свободная энергия

Когда адгезия происходит между твердым материалом и жидким материалом, работа адгезии составляет:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = поверхностная свободная энергия твердого тела, находящегося в равновесии с собственным паром.

γ _LV = поверхностная свободная энергия жидкости в равновесии с паром

W _SL = работа адгезии между твердым материалом и жидкостью

γ ₁₂ = межфазная свободная энергия

Уравнение записывается как функция равновесного давления (π _equil ), которое измеряет силу на единицу длины молекул, адсорбированных на границе раздела.

π _equil = γ _S - γ _SV

γ _SV = поверхностная свободная энергия твердого тела в равновесии с паром

W _SL = π _equil + γ _SV + γ _LV - γ _SL

Подставляя γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C в уравнение, получаем

W _SL = π _equil + γ _SL (1 + cos θ _C )

θ _C - равновесный контактный угол между твердой поверхностью, каплей жидкости и паром.

Трехфазный контактный угол: твердое, жидкое и газообразное.

Уравнение измеряет работу адгезии между твердой поверхностью и поверхностью жидкости из-за силы адгезии между молекулами обеих поверхностей.

Примеры

Сцепление с шиной

Физическое сцепление с дорогой является важной характеристикой для оценки эффективности и безопасности шин. Без хорошего сцепления шины не могут ускоряться, тормозить автомобиль или перемещаться с одного места на другое, что может поставить под угрозу безопасность водителя.

Адгезия шины обусловлена ​​силой трения между поверхностью шины и поверхностью дорожного покрытия. Высокая безопасность и эффективность будут зависеть от сцепления с различными поверхностями, как шероховатыми, так и скользкими, и в разных атмосферных условиях.

По этой причине с каждым днем ​​автомобильная инженерия совершенствуется в разработке соответствующих конструкций шин, обеспечивающих хорошее сцепление даже с мокрыми поверхностями.

Адгезия полированных стеклянных пластин

Когда две полированные и увлажненные стеклянные пластины соприкасаются, они испытывают физическое сцепление, которое наблюдается в усилии, которое необходимо приложить для преодоления сопротивления разделению пластин.

Молекулы воды связываются с молекулами верхней пластины, а также прикрепляются к нижней пластине, предотвращая разделение обеих пластин.

Молекулы воды имеют сильное сцепление друг с другом, но также демонстрируют сильную адгезию с молекулами стекла из-за межмолекулярных сил.

Склеивание двух пластин жидкостью

Зубная адгезия

Примером физического прилегания является зубной налет, прикрепленный к зубу, который обычно устанавливается при восстановительных стоматологических процедурах. Адгезия проявляется на границе между адгезивным материалом и структурой зуба.

Эффективность размещения эмали и дентина в тканях зуба, а также при использовании искусственных структур, таких как керамика и полимеры, которые заменяют структуру зуба, будет зависеть от степени сцепления используемых материалов.

Адгезия цемента к конструкциям

Хорошая физическая адгезия цемента к кирпичной, кирпичной, каменной или стальной конструкции проявляется в высокой способности поглощать энергию, исходящую от нормальных и касательных сил к поверхности, которая соединяет цемент с конструкциями, то есть высокая способность выдерживать нагрузки.

Чтобы получить хорошую адгезию, когда цемент соприкасается со структурой, необходимо, чтобы поверхность, на которую следует укладывать цемент, имела достаточную абсорбцию и чтобы поверхность была достаточно шероховатой. Отсутствие адгезии приводит к появлению трещин и отслаиванию приклеенного материала.

Ссылки

1. Ли, Л. Х. Основы адгезии. Нью-Йорк: Plenium Press, 1991, стр. 1-150.
2. Поциус А.В. Клеи, Глава 27. JE Mark. Справочник по физическим свойствам полимеров. Нью-Йорк: Springer, 2007, стр. 479-486.
3. Исраэлачвили, Дж. Н. Межмолекулярные и поверхностные силы. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press, 1992.
4. Связь между силами сцепления и трения. Исраэлашвили, Дж. Н., Чен, Ю-Лунг и Йошизава, Х. 11, 1994, Журнал адгезии и технологии, том 8, стр. 1231-1249.
5. Основы коллоидной химии и химии поверхности. Хименц, П.К. и Раджагопалан, Р. Нью-Йорк: Марсель Деккер, Инк., 1997.