Fizinis prilipimas: ką sudaro ir pavyzdžiai
Fizinis sukibimas - tai dviejų ar daugiau tos pačios medžiagos arba skirtingos medžiagos paviršių sąveika. Jį gamina Van der Waals traukos jėga ir elektrostatinės sąveikos, egzistuojančios tarp molekulių ir medžiagų atomų.
Van der Waals jėgos yra visose medžiagose, jos yra patrauklios ir kilusios iš atominių ir molekulinių sąveikų. „Van der Waals“ pajėgos atsiranda dėl indukuotų arba nuolatinių dipolių, sukurtų molekulėse prie kaimyninių molekulių elektrinių laukų; arba elektronų momentiniai dipoliai aplink atominius branduolius.
Elektrostatinė sąveika grindžiama dvigubo elektrinio sluoksnio susidarymu, kai susiduria dvi medžiagos. Ši sąveika sukuria elektrostatinę traukos jėgą tarp dviejų medžiagų, kai keičiasi elektronai, vadinami „Coulomb“ jėga.
Fizinis sukibimas sukelia skysčio prilipimą prie paviršiaus, ant kurio jis yra. Pavyzdžiui, kai vanduo dedamas ant stiklo, ant paviršiaus susidaro plona ir vienoda plėvelė dėl adhezijos jėgų tarp vandens ir stiklo. Šios jėgos veikia tarp stiklo molekulių ir vandens molekulių ir palaiko vandenį ant stiklo paviršiaus.
Kas yra fizinis laikymasis?
Fizinis prilipimas yra medžiagų paviršiaus savybė, leidžianti jiems susilieti kartu. Jis yra tiesiogiai susijęs su laisva energija ( ΔE ) kieto-skysčio sukibimo atveju.
Skysčio-skysčio arba skysčio-dujų sukibimo atveju paviršiaus laisva energija vadinama paviršiaus arba paviršiaus įtempimu.
Paviršiaus laisvoji energija yra energija, reikalinga medžiagos paviršiaus ploto generavimui. Sukibimo darbas (sukibimas) gali būti apskaičiuojamas pagal dviejų medžiagų paviršiaus laisvą energiją.
Adhezijos darbas apibrėžiamas kaip energijos kiekis, kuris tiekiamas sistemai, kad būtų nutraukta sąsaja ir sukurti du nauji paviršiai.
Kuo didesnis sukibimas, tuo didesnis atsparumas dviejų paviršių atskyrimui. Adhesioninis darbas matuoja patrauklią jėgą tarp dviejų skirtingų medžiagų kontakto metu.
Lygtis
Laisva dviejų medžiagų atskyrimo energija, 1 ir 2, yra lygi laisvos energijos po atskyrimo ( galutinio γ ) ir laisvosios energijos skirtumai prieš atskyrimą ( pradinis γ ).
ΔE = W 12 = galutinis γ - pradinis γ = γ 1 + γ 2 - γ 12 [1]
γ 1 = medžiagos paviršiaus laisva energija 1
γ 2 = medžiagos paviršiaus laisva energija 2
Kiekis W 12 yra sukibimo darbas, kuris matuoja medžiagų sukibimo stiprumą.
γ 12 = laisva energija
Kai sukibimas yra tarp kietos medžiagos ir skystos medžiagos, sukibimo darbas yra:
W SL = γ S + γ LV - γ SL [2]
γ S = kietoji kietoji medžiaga, turinti pusiausvyrą su savo garais
γ LV = skysčio paviršiaus laisva energija, suderinta su garais
W SL = sukietėjimas tarp kietos medžiagos ir skysčio
γ 12 = laisva energija
[2] lygtis yra parašyta kaip pusiausvyros slėgio (π equil ) funkcija, kuri matuoja jėgas, esančias sąsajoje adsorbuotų molekulių ilgio vienetui.
π equil = γ S - γ SV [3]
γ SV = kietos medžiagos paviršiaus laisva energija, suderinta su garais
W SL = π equil + γ SV + γ LV - γ SL [4]
Pakeitus γ SV - γ SL = Gauta γ LV cos θ C lygtyje [4]
W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C ) [5]
θ C - kontaktinio kampo pusiausvyra tarp kieto paviršiaus, skysčio lašų ir garų.
[5] lygtis matuoja sukibimą tarp kieto paviršiaus ir skysčio paviršiaus dėl abiejų paviršių molekulių sukibimo jėgos.
Pavyzdžiai
Padangų sukibimas
Fizinis sukibimas yra svarbi padangų efektyvumo ir saugumo vertinimo ypatybė. Be geros sukibimo, padangos negali pagreitinti arba stabdyti transporto priemonės arba būti nukreiptos iš vienos vietos į kitą, o vairuotojo saugumas gali būti pažeistas.
Padangos rankena susidaro dėl trinties jėgos tarp padangos paviršiaus ir dangos paviršiaus. Didelis saugumas ir efektyvumas priklausys nuo sukibimo su skirtingais paviršiais, tiek grubus, tiek slidus, ir skirtingomis atmosferos sąlygomis.
Dėl šios priežasties kasdien automobilio inžinerija padeda įsigyti tinkamų padangų konstrukcijų, kurios užtikrina gerą sukibimą net ir šlapiuose paviršiuose.
Poliruoto stiklo plokščių sukibimas
Kai kontaktuoja dvi poliruotos ir sudrėkintos stiklo plokštės, joms būdingas fizinis sukibimas, kuris pastebimas pastangose, kurios turi būti taikomos, siekiant įveikti plokščių atsparumą.
Vandens molekulės jungiasi prie viršutinės plokštės molekulių ir taip pat prilipusios prie apatinės plokštės, neleidžiančios abiem plokštelėms atskirti.
Vandens molekulės turi stiprią sanglaudą viena su kita, tačiau jos taip pat rodo stiprų sukibimą su stiklo molekulėmis dėl tarpmolekulinių jėgų.
Dantų sukibimas
Fizinės adhezijos pavyzdys yra dantų apnašas, pritvirtintas prie danties, kuris paprastai yra dedamas į dantų restauracinį gydymą. Sukibimas pasireiškia sąsajoje tarp klijų ir danties struktūros.
Emalio ir dentino įdėjimo į dantų audinius efektyvumas ir dirbtinių struktūrų, pvz., Keramikos ir polimerų, kurie pakeičia dantų struktūrą, įtraukimas priklausys nuo naudojamų medžiagų prilipimo laipsnio.
Cemento sukibimas su konstrukcijomis
Geras fizinis cemento prilipimas prie plytų, mūro, akmens ar plieno konstrukcijų pasireiškia dideliu pajėgumu įsisavinti energiją, gaunamą iš normalių ir tangentinių pastangų į paviršių, kuris sujungia cementą su konstrukcijomis, ty didelis pajėgumas atlaikyti apkrovas.
Norint gauti gerą sukibimą, cemento su konstrukcija jungtis būtina, kad paviršius, ant kurio bus dedamas cementas, būtų pakankamai įsisavintas ir kad paviršius būtų pakankamai šiurkštus. Dėl sukibimo stokos atsiranda įtrūkimų ir prilipusios medžiagos.
