การยึดมั่นทางกายภาพ: มันคืออะไรและเป็นตัวอย่าง - กายภาพ - 2026

การยึดเกาะทางกายภาพคือการยึดติดระหว่างสองพื้นผิวหรือมากกว่าของวัสดุเดียวกันหรือวัสดุที่แตกต่างกันเมื่อสัมผัส มันเกิดจากแรงดึงดูดของ Van der Waals และจากปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่มีอยู่ระหว่างโมเลกุลและอะตอมของวัสดุ

กองกำลังของ Van der Waals มีอยู่ในวัสดุทุกชนิดมีความน่าดึงดูดและเกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและโมเลกุล กองกำลังของ Van der Waals เกิดจากการเหนี่ยวนำหรือไดโพลแบบถาวรที่สร้างขึ้นในโมเลกุลโดยสนามไฟฟ้าของโมเลกุลข้างเคียง หรือโดยไดโพลของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอม

สาม M&M ติดกาว

ปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตขึ้นอยู่กับการก่อตัวของชั้นไฟฟ้าสองชั้นเมื่อวัสดุสองชิ้นสัมผัสกัน ปฏิสัมพันธ์นี้ก่อให้เกิดแรงดึงดูดไฟฟ้าสถิตระหว่างวัสดุทั้งสองโดยการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนเรียกว่าแรงคูลอมบ์

การเกาะติดทางกายภาพทำให้ของเหลวเกาะติดกับพื้นผิวที่มันเกาะอยู่ ตัวอย่างเช่นเมื่อวางน้ำไว้บนกระจกฟิล์มบาง ๆ จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวเนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างน้ำกับแก้ว แรงเหล่านี้กระทำระหว่างโมเลกุลของแก้วและโมเลกุลของน้ำทำให้น้ำอยู่บนพื้นผิวของแก้ว

ความยึดมั่นทางกายคืออะไร?

การยึดเกาะทางกายภาพเป็นคุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุที่ช่วยให้พวกมันอยู่ด้วยกันได้เมื่อสัมผัสกัน มันเกี่ยวข้องโดยตรงกับพลังงานอิสระพื้นผิว (ΔE) สำหรับกรณีการยึดเกาะของของแข็งและของเหลว

ในกรณีของการยึดเกาะของของเหลวกับของเหลวหรือของเหลวกับก๊าซพลังงานที่ไม่มีพื้นผิวจะเรียกว่าแรงตึงผิวหรือแรงตึงผิว

พลังงานที่ปราศจากพื้นผิวคือพลังงานที่จำเป็นในการสร้างหน่วยของพื้นที่ผิวของวัสดุ จากพลังงานที่ปราศจากพื้นผิวของวัสดุสองชนิดสามารถคำนวณงานการยึดเกาะ (การยึดเกาะ) ได้

งานยึดเกาะหมายถึงปริมาณพลังงานที่จ่ายให้กับระบบเพื่อทำลายส่วนต่อประสานและสร้างพื้นผิวใหม่สองพื้นผิว

ยิ่งงานยึดเกาะมากเท่าใดความต้านทานต่อการแยกของสองพื้นผิวก็จะยิ่งมากขึ้น งานยึดเกาะวัดแรงดึงดูดระหว่างวัสดุสองชนิดเมื่อสัมผัสกัน

สมการ

พลังงานอิสระจากการแยกวัสดุสองชนิดคือ 1 และ 2 เท่ากับผลต่างระหว่างพลังงานอิสระหลังการแยก (γ _{สุดท้าย} ) กับพลังงานอิสระก่อนการแยก ( _{เริ่มต้น} γ )

ΔE = W ₁₂ = _{สุดท้าย} γ - _{เริ่มต้น} γ = γ ₁ + γ ₂ - γ ₁₂

γ ₁ = พลังงานที่ปราศจากพื้นผิวของวัสดุ 1

γ ₂ = พลังงานที่ปราศจากพื้นผิวของวัสดุ 2

ปริมาณ W ₁₂คืองานยึดเกาะที่วัดความแข็งแรงในการยึดเกาะของวัสดุ

γ ₁₂ = พลังงานที่ปราศจากการเชื่อมต่อ

เมื่อการยึดเกาะระหว่างวัสดุแข็งและวัสดุเหลวงานยึดเกาะคือ:

W _SL = γ _S + γ _LV - γ _SL

γ _S = พลังงานอิสระที่ผิวของของแข็งในสภาวะสมดุลด้วยไอของมันเอง

γ _LV = พลังงานอิสระที่ผิวของของเหลวในสภาวะสมดุลกับไอ

W _SL = การยึดเกาะระหว่างวัสดุแข็งและของเหลว

γ ₁₂ = พลังงานที่ปราศจากการเชื่อมต่อ

สมการเขียนเป็นฟังก์ชันของความดันสมดุล (π _{สมดุล} ) ซึ่งวัดแรงต่อหน่วยความยาวของโมเลกุลที่ดูดซับที่ส่วนต่อประสาน

π _{เท่ากับ} = γ _S - γ _SV

γ _SV = พลังงานอิสระที่ผิวของของแข็งในสภาวะสมดุลกับไอ

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

การแทนที่γ _SV - γ _SL = γ _LV cos θ _Cในสมการที่เราได้รับ

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

θ _Cคือมุมสัมผัสสมดุลระหว่างพื้นผิวของแข็งหยดของเหลวและไอ

มุมสัมผัสสามเฟสของเหลวที่เป็นของแข็งและก๊าซ

สมการวัดการยึดเกาะระหว่างพื้นผิวของแข็งและพื้นผิวของเหลวเนื่องจากแรงยึดเกาะระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวทั้งสอง

ตัวอย่าง

ด้ามจับยาง

การยึดเกาะเป็นลักษณะสำคัญสำหรับการประเมินประสิทธิภาพและความปลอดภัยของยาง หากไม่มีการยึดเกาะที่ดียางจะไม่สามารถเร่งเบรกรถหรือบังคับทิศทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งและอาจทำให้ความปลอดภัยของผู้ขับขี่ลดลง

การยึดเกาะของยางเกิดจากแรงเสียดทานระหว่างผิวยางและผิวทาง ความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูงจะขึ้นอยู่กับการยึดติดกับพื้นผิวที่แตกต่างกันทั้งขรุขระและลื่นและในสภาพบรรยากาศที่แตกต่างกัน

ด้วยเหตุนี้วิศวกรรมยานยนต์ทุกวันจึงก้าวหน้าในการได้รับการออกแบบยางที่เหมาะสมซึ่งช่วยให้สามารถยึดเกาะได้ดีแม้บนพื้นผิวเปียก

การยึดเกาะของแผ่นกระจกขัดเงา

เมื่อแผ่นกระจกที่ขัดเงาและชุบน้ำหมาด ๆ สองแผ่นสัมผัสกันพวกเขาจะสัมผัสกับการยึดเกาะทางกายภาพที่สังเกตได้จากความพยายามที่จะต้องใช้เพื่อเอาชนะความต้านทานการแยกตัวของแผ่นเปลือกโลก

โมเลกุลของน้ำจับกับโมเลกุลของแผ่นด้านบนและยึดติดกับแผ่นด้านล่างเพื่อป้องกันไม่ให้แผ่นทั้งสองแยกออกจากกัน

โมเลกุลของน้ำมีการเกาะติดกันอย่างแน่นหนา แต่ยังแสดงถึงการยึดเกาะที่แข็งแรงกับโมเลกุลแก้วเนื่องจากแรงระหว่างโมเลกุล

การยึดติดของสองแผ่นด้วยของเหลว

การยึดติดของฟัน

ตัวอย่างของการยึดติดทางกายภาพคือคราบฟันที่เกาะติดกับฟันซึ่งมักจะอยู่ในการรักษาทางทันตกรรมบูรณะ การยึดเกาะจะปรากฏขึ้นที่ส่วนต่อระหว่างวัสดุกาวกับโครงสร้างฟัน

ประสิทธิภาพในการจัดวางเคลือบฟันและเนื้อฟันในเนื้อเยื่อฟันและในการรวมโครงสร้างเทียมเช่นเซรามิกและโพลีเมอร์ที่เข้ามาแทนที่โครงสร้างฟันจะขึ้นอยู่กับระดับการยึดติดของวัสดุที่ใช้

การยึดเกาะของปูนซีเมนต์กับโครงสร้าง

การยึดเกาะทางกายภาพที่ดีของปูนซีเมนต์กับโครงสร้างอิฐก่ออิฐหินหรือเหล็กนั้นมีความสามารถสูงในการดูดซับพลังงานที่มาจากแรงปกติและแรงสัมผัสกับพื้นผิวที่เชื่อมซีเมนต์กับโครงสร้างนั่นคือใน ความจุสูงในการรับน้ำหนัก

เพื่อให้ได้การยึดเกาะที่ดีเมื่อปูนซีเมนต์ตรงตามโครงสร้างจำเป็นที่พื้นผิวที่จะวางปูนซีเมนต์มีการดูดซึมเพียงพอและพื้นผิวมีความหยาบเพียงพอ การขาดการยึดเกาะทำให้เกิดรอยแตกและการหลุดออกของวัสดุที่ยึดติด

อ้างอิง

1. Lee, L H. พื้นฐานของการยึดเกาะ. นิวยอร์ก: Plenium Press, 1991, pp. 1-150
2. Pocius, A V. Adhesives, Chapter27. เจ. คู่มือคุณสมบัติทางกายภาพของโพลีเมอร์. นิวยอร์ก: Springer, 2007, pp. 479-486
3. Israelachvili, J N. แรงระหว่างโมเลกุลและพื้นผิว ซานดิเอโกแคลิฟอร์เนีย: สำนักพิมพ์วิชาการ 2535
4. ความสัมพันธ์ระหว่างแรงยึดเกาะและแรงเสียดทาน Israelachvili, JN, Chen, You-Lung and Yoshizawa, H. 11, 1994, Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 8, pp. 1231-1249
5. หลักการของคอลลอยด์และเคมีพื้นผิว Hiemenz, PC และ Rajagopalan, R New York: Marcel Dekker, Inc. , 1997