ФИЗИЧЕСКО ПРИДЪРЖАНЕ: КАКВО Е И ПРИМЕРИ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На физически адхезията е свързването между две или повече повърхности на същия материал или друг материал при контакт. Произвежда се от силата на привличане на Ван дер Ваалс и от електростатичните взаимодействия, които съществуват между молекулите и атомите на материалите.

Силите на Ван дер Ваалс присъстват във всички материали, са привлекателни и произлизат от атомни и молекулярни взаимодействия. Силите на Ван дер Ваалс се дължат на индуцираните или постоянни диполи, създадени в молекулите от електрическите полета на съседните молекули; или от моменталните диполи на електроните около атомните ядра.

Три M&M са залепени

Електростатичните взаимодействия се основават на образуването на електрически двоен слой, когато два материала влизат в контакт. Това взаимодействие произвежда електростатична сила на привличане между двата материала чрез обмен на електрони, наречена кулоновска сила.

Физическото прилепване кара течността да се прилепва към повърхността, върху която почива. Например, когато водата се постави върху стъкло, на повърхността се образува тънък равномерен филм поради силите на сцепление между водата и стъклото. Тези сили действат между молекулите на стъклото и молекулите на водата, задържайки водата на повърхността на чашата.

Какво е физическо придържане?

Физическото прилепване е повърхностното свойство на материалите, което им позволява да останат заедно, когато са в контакт. Тя е пряко свързана с повърхностната свободна енергия (ΔE) за случая на сцепление твърда течност.

В случай на адхезия течност-течност или течност-газ, повърхностната свободна енергия се нарича междуфазно или повърхностно напрежение.

Повърхностната енергия е енергията, необходима за генериране на единица повърхност на материала. От повърхностната свободна енергия на два материала може да се изчисли работата на сцеплението (сцеплението).

Адхезионната работа се дефинира като количеството енергия, което се доставя на система за разрушаване на интерфейса и създаване на две нови повърхности.

Колкото по-голяма е работата на сцеплението, толкова по-голяма е устойчивостта на разделяне на двете повърхности. Адхезионната работа измерва силата на привличане между два различни материала при контакт.

уравнения

Свободната енергия на разделяне на два материала, 1 и 2, е равна на разликата между свободната енергия след разделяне (_крайна γ) и свободната енергия преди разделянето (_{начална} γ).

ΔE = W ₁₂ = _краен γ - _{начален} γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = повърхностна свободна енергия на материал 1

γ ₂ = повърхностна свободна енергия на материал 2

Количеството W ₁₂ е адхезионната работа, която измерва адхезионната якост на материалите.

γ ₁₂ = свободна междуфазна енергия

Когато адхезията е между твърд и течен материал, адхезията е:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = повърхностна енергия на твърдото вещество в равновесие със собствените му пари

γ _LV = повърхностна енергия на течността в равновесие с парата

W _SL = адхезия между твърд материал и течност

γ ₁₂ = свободна междуфазна енергия

Уравнението се записва като функция от равновесното налягане (π _равен), което измерва силата на единица дължина на адсорбираните молекули на границата.

π _equil = γ _S - γ _SV

γ _SV = повърхностна енергия на твърдото вещество в равновесие с парата

W _SL = π _{равно на} + γ _SV + γ _LV - γ _SL

Заместването на γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C в полученото уравнение

W _SL = π _{равно на} + γ _SL (1 + cos θ _C)

θ _C е ъгълът на равновесния контакт между твърда повърхност, капка течност и пара.

Трифазен ъгъл на контакт, твърда течност и газообразен.

Уравнението измерва адхезионната работа между твърда повърхност и течна повърхност поради силата на адхезия между молекулите на двете повърхности.

Примери

Сцепление с гуми

Физическото сцепление е важна характеристика за оценка на ефективността и безопасността на гумите. Без добро сцепление гумите не могат да ускоряват, да спират автомобила или да се насочват от едно място на друго и безопасността на водача може да бъде нарушена.

Сцеплението на гумата се дължи на силата на триене между повърхността на гумата и повърхността на тротоара. Високата безопасност и ефективност ще зависи от прилепването към различни повърхности, както груби, така и хлъзгави и при различни атмосферни условия.

Поради тази причина всеки ден автомобилният инженеринг напредва в получаването на подходящи дизайни на гуми, които позволяват добро сцепление дори на мокри повърхности.

Адхезия на полирани стъклени плочи

Когато две полирани и навлажнени стъклени плочи влязат в контакт, те изпитват физическо сцепление, което се наблюдава при усилието, което трябва да се приложи, за да се преодолее съпротивлението при разделяне на плочите.

Водните молекули се свързват с молекулите на горната плоча и по същия начин се прилепват към долната плоча, предотвратявайки разделянето на двете плочи.

Водните молекули имат силна кохезия помежду си, но също така показват силно сцепление със стъклени молекули, дължащи се на междумолекулни сили.

Адхезия на две плочи с течност

Зъбна адхезия

Пример за физическо прилепване е зъбна плака, залепена върху зъб, която обикновено се поставя при възстановителни стоматологични лечения. Адхезията се проявява на границата между адхезивния материал и зъбната структура.

Ефективността при поставянето на емайли и дентини в зъбните тъкани и във вграждането на изкуствени структури като керамика и полимери, които заместват зъбната структура, ще зависи от степента на прилепване на използваните материали.

Адхезия на цимента към конструкциите

Доброто физическо сцепление на цимента към тухлени, зидани, каменни или стоманени конструкции се проявява във висок капацитет за усвояване на енергията, която идва от нормални и тангенциални сили към повърхността, която съединява цимента със структурите, т.е. висок капацитет за понасяне на товари.

За да се получи добра адхезия, когато циментът отговаря на структурата, е необходимо повърхността, върху която да се постави циментът, да има достатъчно абсорбция и повърхността да е достатъчно грапава. Липсата на сцепление води до напукване и отделяне на залепения материал.

Препратки

1. Лий, Л. З. Основи на сцеплението. Ню Йорк: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Лепила, глава27. JE Mark. Наръчник за физическите свойства на полимерите. Ню Йорк: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Израелачвили, Дж. Н. Междумолекулни и повърхностни сили. Сан Диего, Калифорния: Academic Press, 1992.
4. Връзка между силите на сцепление и триене. Израелачвили, JN, Chen, You-Lung и Yoshizawa, H. 11, 1994, списание за адхезионна наука и технологии, том 8, с. 1231-1249.
5. Принципи на колоидната и повърхностната химия. Hiemenz, PC и Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.