Il aderenza fisica È l'unione tra due o più superfici dello stesso materiale o di materiale diverso quando vengono a contatto. È prodotto dalla forza di attrazione di Van der Waals e dalle interazioni elettrostatiche che esistono tra le molecole e gli atomi dei materiali.
Le forze di Van der Waals sono presenti in tutti i materiali, sono attraenti e hanno origine da interazioni atomiche e molecolari. Le forze di Van der Waals sono dovute ai dipoli indotti o permanenti creati nelle molecole dai campi elettrici delle molecole vicine; o dai dipoli istantanei degli elettroni attorno ai nuclei atomici.
Le interazioni elettrostatiche si basano sulla formazione di un doppio strato elettrico quando due materiali entrano in contatto. Questa interazione produce una forza elettrostatica di attrazione tra i due materiali, scambiando elettroni, chiamata forza di Coulomb..
L'aderenza fisica fa aderire il liquido alla superficie su cui poggia. Ad esempio, quando l'acqua viene posta sul vetro, sulla superficie si forma un film sottile e uniforme a causa delle forze di adesione tra l'acqua e il vetro. Queste forze agiscono tra le molecole di vetro e le molecole d'acqua e mantengono l'acqua sulla superficie del vetro..
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L'aderenza fisica è la proprietà superficiale dei materiali che consente loro di stare insieme quando sono in contatto. È direttamente correlato all'energia libera superficiale (ΔE) per il caso di adesione solido-liquido.
Nel caso di adesione liquido-liquido o liquido-gas, l'energia libera superficiale è chiamata tensione interfacciale o superficiale.
L'energia libera superficiale è l'energia richiesta per generare un'unità di superficie del materiale. Dall'energia libera superficiale di due materiali si può calcolare il lavoro di adesione (aderenza).
Il lavoro di adesione è definito come la quantità di energia fornita a un sistema per rompere l'interfaccia e creare due nuove superfici..
Maggiore è il lavoro di adesione, maggiore è la resistenza alla separazione delle due superfici. Il lavoro di adesione misura la forza di attrazione tra due materiali diversi quando sono in contatto.
L'energia libera di separazione di due materiali, 1 e 2, è uguale alla differenza tra l'energia libera dopo la separazione (γfinale) ed energia libera prima della separazione (γiniziale).
ΔE = W12 = γfinale - γiniziale = γ1 + γDue - γ12 [1]
γ1 = energia superficiale libera del materiale 1
γDue = energia superficiale libera del materiale 2
L'ammontare W12 è il lavoro di adesione che misura la forza di adesione dei materiali.
γ12 = energia libera interfacciale
Quando l'adesione è tra un materiale solido e un materiale liquido, il lavoro di adesione è:
WSL = γS + γLV - γSL [Due]
γS = energia superficiale libera del solido in equilibrio con il proprio vapore
γLV= energia superficiale libera del liquido in equilibrio con il vapore
WSL = lavoro di adesione tra materiale solido e liquido
γ12 = energia libera interfacciale
L'equazione [2] è scritta come una funzione della pressione di equilibrio (πequil) che misura la forza per unità di lunghezza delle molecole adsorbite all'interfaccia.
πequil = γS - γSV [3]
γSV= energia superficiale libera del solido in equilibrio con il vapore
WSL = πequil + γSV + γLV - γSL [4]
Quando si sostituisce γSV - γSL = γLV cos θC nell'equazione [4] otteniamo
WSL = πequil + γSL(1 + cos θC ) [5]
θC è l'angolo di contatto di equilibrio tra una superficie solida, una goccia di liquido e vapore.
L'equazione [5] misura il lavoro di adesione tra una superficie solida e una superficie liquida a causa della forza di adesione tra le molecole di entrambe le superfici..
L'aderenza fisica è una caratteristica importante per valutare l'efficienza e la sicurezza degli pneumatici. Senza una buona aderenza, i pneumatici non possono accelerare, frenare il veicolo o essere guidati da un posto all'altro e la sicurezza del conducente può essere compromessa.
L'adesione del pneumatico è dovuta alla forza di attrito tra la superficie del pneumatico e la superficie della pavimentazione. L'elevata sicurezza ed efficienza dipenderanno dall'adesione a diverse superfici, sia ruvide che scivolose, e in diverse condizioni atmosferiche..
Per questo motivo, ogni giorno l'ingegneria automobilistica avanza nell'ottenere design di pneumatici appropriati che consentano una buona adesione anche su superfici bagnate..
Quando due lastre di vetro lucidate e inumidite vengono a contatto, sperimentano un'aderenza fisica che si osserva nello sforzo che deve essere applicato per vincere la resistenza di separazione delle lastre..
Le molecole d'acqua si legano alle molecole della piastra superiore e allo stesso modo aderiscono alla piastra inferiore impedendo che entrambe le piastre si separino.
Le molecole d'acqua hanno una forte coesione tra loro ma mostrano anche una forte adesione con le molecole di vetro a causa delle forze intermolecolari..
Un esempio di adesione fisica è una placca dentale aderita a un dente che di solito viene inserita nei trattamenti dentali restaurativi. L'adesione si manifesta all'interfaccia tra il materiale adesivo e la struttura del dente.
L'efficienza nel posizionamento di smalti e dentine nei tessuti dentali e nell'incorporazione di strutture artificiali come ceramiche e polimeri che sostituiscono la struttura dentale dipenderà dal grado di aderenza dei materiali utilizzati.
Una buona adesione fisica del cemento a strutture in laterizio, muratura, pietra o acciaio si manifesta in un'elevata capacità di assorbire l'energia che proviene dalle sollecitazioni normali e tangenziali alla superficie che unisce il cemento alle strutture, cioè in condizioni di carico elevato- capacità portante.
Per ottenere una buona adesione, quando il cemento è unito alla struttura, è necessario che la superficie su cui si intende posizionare il cemento abbia un assorbimento sufficiente e che la superficie sia sufficientemente ruvida. La mancanza di adesione provoca crepe e distacco del materiale incollato.
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