ADERENȚA FIZICĂ: CE ESTE ȘI EXEMPLE - FIZIC - 2025

Adeziunea fizică este legarea între două sau mai multe suprafețe ale aceluiași material sau material diferit când intră în contact. Este produs de forța de atracție Van der Waals și de interacțiunile electrostatice care există între molecule și atomii materialelor.

Forțele Van der Waals sunt prezente în toate materialele, sunt atractive și provin din interacțiuni atomice și moleculare. Forțele Van der Waals se datorează dipolurilor induse sau permanente create în molecule de câmpurile electrice ale moleculelor vecine; sau prin dipolii instantanee ai electronilor din jurul nucleilor atomici.

Trei M&M sunt lipite

Interacțiunile electrostatice se bazează pe formarea unui dublu strat electric atunci când două materiale intră în contact. Această interacțiune produce o forță electrostatică de atracție între cele două materiale, prin schimbul de electroni, numită forța Coulomb.

Aderența fizică face ca lichidul să adere la suprafața pe care se sprijină. De exemplu, când apa este plasată pe sticlă, pe suprafață se formează o peliculă subțire și uniformă datorită forțelor de aderență dintre apă și sticlă. Aceste forțe acționează între moleculele de sticlă și moleculele de apă, păstrând apa pe suprafața sticlei.

Ce este aderența fizică?

Aderența fizică este proprietatea de suprafață a materialelor care le permite să rămână împreună atunci când sunt în contact. Este direct legată de energia fără suprafață (ΔE) pentru carcasa de aderență solid-lichid.

În cazul aderenței lichid-lichid sau lichid-gaz, energia liberă la suprafață se numește tensiune superficială sau superficială.

Energia fără suprafață este energia necesară pentru a genera o unitate de suprafață a materialului. Din energia fără suprafață a două materiale, se poate calcula munca de aderență (aderență).

Lucrarea de adeziune este definită ca cantitatea de energie furnizată unui sistem pentru a sparge interfața și a crea două suprafețe noi.

Cu cât lucrarea de aderență este mai mare, cu atât rezistența la separarea celor două suprafețe este mai mare. Lucrările de adeziune măsoară forța de atracție între două materiale diferite atunci când sunt în contact.

ecuaţiile

Energia liberă de separare a două materiale, 1 și 2, este egală cu diferența dintre energia liberă după separare (γ _final ) și energia liberă înainte de separare (γ _inițială ).

ΔE = W ₁₂ = _final γ - _inițial γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = energia fără suprafață a materialului 1

γ ₂ = energia fără suprafață a materialului 2

Cantitatea W ₁₂ este lucrarea de aderență care măsoară rezistența la aderență a materialelor.

γ ₁₂ = energie liberă interfațială

Când aderența se află între un material solid și un material lichid, lucrarea de aderență este:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = energia liberă de suprafață a solidului în echilibru cu vaporii proprii

γ _LV = energia liberă de suprafață a lichidului în echilibru cu vaporii

W _SL = lucrare de aderență între materialul solid și lichid

γ ₁₂ = energie liberă interfațială

Ecuația este scrisă ca funcție a presiunii de echilibru (π _equil ) care măsoară forța pe unitatea de lungime a moleculelor adsorbite la interfață.

π _echil = γ _S - γ _SV

γ _SV = energia liberă de suprafață a solidului în echilibru cu vaporii

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

Înlocuirea γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _C în ecuația pe care o obținem

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

θ _C este unghiul de contact de echilibru între o suprafață solidă, o picătură de lichid și vapori.

Unghiul de contact trifazat, lichid solid și gazos.

Ecuația măsoară munca de aderență între o suprafață solidă și o suprafață lichidă datorită forței de adeziune dintre moleculele de pe ambele suprafețe.

Exemple

Prinderea anvelopelor

Mânerul fizic este o caracteristică importantă pentru evaluarea eficienței și siguranței anvelopelor. Fără o aderență bună, anvelopele nu pot accelera, frâna vehiculul sau condus dintr-un loc în altul, iar siguranța șoferului poate fi compromisă.

Aderența anvelopei se datorează forței de frecare dintre suprafața pneului și suprafața pavajului. Siguranța și eficiența ridicată vor depinde de aderarea la diferite suprafețe, atât rugoase, cât și alunecoase, precum și în condiții atmosferice diferite.

Din acest motiv, în fiecare zi, inginerie auto avansează în obținerea unor proiecte adecvate de anvelope care permit o aderență bună chiar și pe suprafețe umede.

Adeziunea plăcilor de sticlă lustruite

Atunci când două plăci de sticlă lustruite și umezite intră în contact, acestea experimentează o aderență fizică care se observă în efortul care trebuie aplicat pentru a depăși rezistența de separare a plăcilor.

Moleculele de apă se leagă de moleculele plăcii superioare și de asemenea aderă la placa inferioară împiedicând separarea ambelor plăci.

Moleculele de apă au o coeziune puternică între ele, dar prezintă și o aderență puternică cu moleculele de sticlă datorită forțelor intermoleculare.

Adeziunea a două plăci cu un lichid

Aderență dentară

Un exemplu de aderență fizică este o placă dentară aderentă la un dinte care este de obicei plasat în tratamente dentare de restaurare. Aderența se manifestă la interfața dintre materialul adeziv și structura dintelui.

Eficiența în plasarea emailurilor și a dentinelor în țesuturile dentare și în încorporarea unor structuri artificiale, cum ar fi ceramică și polimeri care înlocuiesc structura dentară, va depinde de gradul de aderență al materialelor utilizate.

Adeziunea cimentului la structuri

O bună aderență fizică a cimentului la structurile de cărămidă, zidărie, piatră sau oțel se manifestă într-o capacitate ridicată de a absorbi energia care provine de la forțele normale și tangențiale la suprafața care unește cimentul cu structurile, adică în o capacitate ridicată de a suporta sarcini.

Pentru a obține o aderență bună, atunci când cimentul întâlnește structura, este necesar ca suprafața pe care trebuie amplasat cimentul să aibă o absorbție suficientă și suprafața să fie suficient de aspră. Lipsa de aderență se traduce prin fisuri și desprinderea materialului aderent.

Referințe

1. Lee, L H. Fundamentals of Adhesion. New York: Plenium Press, 1991, pp. 1-150.
2. Pocius, A V. Adezivi, Capitolul27. JE marca. Proprietățile fizice ale manualului Polimerilor. New York: Springer, 2007, pp. 479-486.
3. Israelachvili, J N. Forțe intermoleculare și de suprafață. San Diego, CA: Academic Press, 1992.
4. Relația dintre forțele de aderență și de frecare. Israelachvili, JN, Chen, You-Lung și Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249.
5. Principiile chimiei coloidale și de suprafață. Hiemenz, PC și Rajagopalan, R. New York: Marcel Dekker, Inc., 1997.