Fysisk overholdelse hvad den består af og eksempler

Det fysisk overholdelse Det er foreningen mellem to eller flere overflader af det samme materiale eller af forskelligt materiale, når de kommer i kontakt. Det produceres af Van der Waals tiltrækningskraft og af de elektrostatiske interaktioner, der findes mellem molekylerne og atomer af materialer.

Van der Waals kræfter er til stede i alle materialer, er attraktive og stammer fra atom- og molekylære interaktioner. Van der Waals kræfter skyldes de inducerede eller permanente dipoler skabt i molekylerne af de elektriske felter i nabomolekyler; eller ved de øjeblikkelige dipoler af elektronerne omkring atomkernerne.

Elektrostatiske interaktioner er baseret på dannelsen af ​​et elektrisk dobbeltlag, når to materialer kommer i kontakt. Denne interaktion frembringer en elektrostatisk tiltrækningskraft mellem de to materialer ved at udveksle elektroner, kaldet Coulomb-kraften..

Fysisk vedhæftning får væsken til at klæbe til overfladen, hvorpå den hviler. For eksempel, når vand placeres på glas, dannes der en tynd, ensartet film på overfladen på grund af vedhæftningskræfterne mellem vandet og glasset. Disse kræfter virker mellem glasmolekylerne og vandmolekylerne og holder vandet på overfladen af ​​glasset..

Artikelindeks

• 1 Hvad er fysisk overholdelse?
  • 1.1 Ligninger
• 2 Eksempler
  • 2.1 Dækgreb
  • 2.2 Vedhæftning af polerede glasplader
  • 2.3 Tandbinding
  • 2.4 Vedhæftning af cement til strukturer
• 3 Referencer

Hvad er fysisk overholdelse?

Fysisk overholdelse er overfladeegenskaben for materialer, der gør det muligt for dem at forblive sammen, når de er i kontakt. Det er direkte relateret til overfladefri energi (ΔE) i tilfælde af vedhæftning i fast-væske.

I tilfælde af væske-væske- eller væskegasadhæsion kaldes overfladefri energi grænseflade- eller overfladespænding.

Overfladefri energi er den energi, der kræves for at generere en enhed af overfladearealet af materialet. Fra overfladefri energi fra to materialer kan vedhæftningsarbejdet (vedhæftning) beregnes.

Vedhæftningsarbejde defineres som den mængde energi, der tilføres et system for at bryde grænsefladen og skabe to nye overflader..

Jo større vedhæftningsarbejdet er, jo større er modstanden mod adskillelse af de to overflader. Vedhæftningsarbejde måler tiltrækningskraften mellem to forskellige materialer, når de er i kontakt.

Ligninger

Den frie energi til adskillelse af to materialer, 1 og 2, er lig med forskellen mellem den frie energi efter adskillelse (γ_endelig) og fri energi inden adskillelse (γ_initial).

ΔE = W₁₂ = γ_endelig - γ_initial = γ₁ + γ_to - γ₁₂          [1]

γ₁ = overfladefri energi af materiale 1

γ_to = overfladefri energi af materiale 2

Beløbet W₁₂ er vedhæftningsarbejdet, der måler materialernes vedhæftningsstyrke.

γ₁₂ = fri grænsefladeenergi

Når vedhæftningen er mellem et fast materiale og et flydende materiale, er vedhæftningsarbejdet:

W_SL = γ_S + γ_LV - γ_SL          [to]

γ_S = faststofs overfladefri energi i ligevægt med sin egen damp

γ_LV= overfladefri energi af væsken i ligevægt med damp

W_SL = vedhæftningsarbejde mellem fast materiale og væske

γ₁₂ = fri grænsefladeenergi

Ligning [2] er skrevet som en funktion af ligevægtstryk (π_ligestilling) som måler kraften pr. længdeenhed af molekylerne adsorberet ved grænsefladen.

π_ligestilling = γ_S - γ_SV          [3]

γ_SV= overfladefri energi af det faste stof i ligevægt med dampen

W_SL = π_ligestilling + γ_SV + γ_LV - γ_SL          [4]

Ved udskiftning γ_SV - γ_SL =   γ_LV cos θ_C i ligning [4] opnår vi

      W_SL = π_ligestilling + γ_SL(1 + cos θ_C )        [5]

θ_C er ligevægtskontaktvinklen mellem en fast overflade, en dråbe væske og damp.

Ligning [5] måler vedhæftningsarbejdet mellem en fast overflade og en flydende overflade på grund af vedhæftningskraften mellem molekylerne på begge overflader..

Eksempler

Dækgreb

Fysisk greb er en vigtig egenskab ved evaluering af dækkes effektivitet og sikkerhed. Uden godt greb kan dækkene ikke accelerere, bremse køretøjet eller styres fra et sted til et andet, og førerens sikkerhed kan blive kompromitteret.

Dækkets vedhæftning skyldes friktionskraften mellem dækoverfladen og fortovsoverfladen. Høj sikkerhed og effektivitet afhænger af vedhæftning til forskellige overflader, både ru og glat og under forskellige atmosfæriske forhold..

Af denne grund fremskridt bilteknik hver dag med at opnå passende dækdesign, der tillader god vedhæftning selv på våde overflader..

Vedhæftning af polerede glasplader

Når to polerede og fugtede glasplader kommer i kontakt, oplever de en fysisk overholdelse, der observeres i den indsats, der skal påføres for at overvinde pladernes adskillelsesmodstand..

Vandmolekylerne binder til molekylerne i den øvre plade og klæber ligeledes til den nedre plade, der forhindrer begge plader i at adskille.

Vandmolekyler har stærk samhørighed med hinanden, men viser også stærk vedhæftning med glasmolekyler på grund af intermolekylære kræfter..

Tandadhæsion

Et eksempel på fysisk vedhæftning er en tandplade, der er klæbet til en tand, der normalt placeres i genoprettende tandbehandlinger. Adhæsion manifesterer sig ved grænsefladen mellem det klæbende materiale og tandstrukturen.

Effektiviteten i placeringen af ​​emaljer og dentiner i tandvævene og i inkorporeringen af ​​kunstige strukturer såsom keramik og polymerer, der erstatter tandstrukturen, afhænger af graden af ​​vedhæftning af de anvendte materialer.

Vedhæftning af cement til strukturer

God fysisk vedhæftning af cement til mursten, murværk, sten eller stålkonstruktioner manifesteres i en høj kapacitet til at absorbere den energi, der kommer fra normale og tangentielle spændinger til overfladen, der forbinder cementen med strukturerne, det vil sige i en høj belastning- bæreevne.

For at opnå god vedhæftning, når cementen er forbundet med strukturen, er det nødvendigt, at overfladen, hvorpå cementen skal placeres, har tilstrækkelig absorption, og at overfladen er tilstrækkelig ru. Manglende vedhæftning resulterer i revner og løsrivelse af det klæbende materiale.

Referencer

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, s. 1-150.
2. Pocius, A V. Lim, kapitel 27. [aut. bog] J E Mark. Fysiske egenskaber ved polymerhåndbog. New York: Springer, 2007, s. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Intermolekylære og overfladekræfter. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Forholdet mellem adhæsion og friktionskræfter. Israelachvili, J N, Chen, You-Lung og Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, bind 8, pp. 1231-1249.
5. Principper for kolloid og overfladekemi. Hiemenz, P C og Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.