Kepatuhan fisik: terdiri dari apa dan contoh-contohnya
Adhesi fisik adalah penyatuan antara dua atau lebih permukaan dari bahan yang sama atau bahan yang berbeda ketika mereka bersentuhan. Ini diproduksi oleh kekuatan tarik-menarik Van der Waals dan oleh interaksi elektrostatik yang ada antara molekul dan atom bahan.
Gaya Van der Waals hadir dalam semua bahan, mereka menarik dan berasal dari interaksi atom dan molekul. Gaya Van der Waals disebabkan oleh dipol yang diinduksi atau permanen yang dibuat dalam molekul oleh medan listrik dari molekul tetangga; atau dengan dipol sesaat dari elektron di sekitar inti atom.
Interaksi elektrostatik didasarkan pada pembentukan lapisan listrik ganda ketika dua bahan bersentuhan. Interaksi ini menghasilkan gaya tarik elektrostatik antara kedua bahan, ketika bertukar elektron, yang disebut gaya Coulomb.
Adhesi fisik menyebabkan cairan menempel pada permukaan tempat ia menempel. Sebagai contoh ketika air ditempatkan pada gelas, sebuah film tipis dan seragam terbentuk pada permukaan karena gaya adhesi antara air dan kaca. Kekuatan-kekuatan ini bertindak antara molekul-molekul kaca dan molekul-molekul air, dan mempertahankan air pada permukaan gelas.
Apa itu kepatuhan fisik?
Ketaatan fisik adalah properti permukaan dari bahan yang memungkinkan mereka untuk tetap bersama saat bersentuhan. Ini terkait langsung dengan energi bebas permukaan ( ΔE ) untuk kasus adhesi padat-cair.
Dalam kasus adhesi cair-cair atau cair-gas, energi bebas permukaan disebut tegangan antar muka atau permukaan.
Energi bebas permukaan adalah energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan satuan luas permukaan material. Pekerjaan adhesi (adhesi) dapat dihitung dari energi bebas permukaan dua bahan.
Pekerjaan adhesi didefinisikan sebagai jumlah energi yang disuplai ke sistem untuk memecah antarmuka dan membuat dua permukaan baru.
Semakin besar kerja adhesi, semakin besar resistensi terhadap pemisahan dua permukaan. Pekerjaan adhesi mengukur kekuatan menarik antara dua bahan yang berbeda saat bersentuhan.
Persamaan
Energi bebas pemisahan dua bahan, 1 dan 2, sama dengan perbedaan antara energi bebas setelah pemisahan ( akhir γ ) dan energi bebas sebelum pemisahan ( awal γ ).
ΔE = W 12 = final γ - awal γ = γ 1 + γ 2 - γ 12 [1]
γ 1 = energi bebas permukaan material 1
γ 2 = energi bebas permukaan material 2
Kuantitas W12 adalah pekerjaan adhesi yang mengukur kekuatan adhesi bahan.
γ 12 = energi bebas antar muka
Ketika adhesi antara bahan padat dan bahan cair, pekerjaan adhesi adalah:
W SL = γ S + γ LV - γ SL [2]
γ S = energi bebas permukaan benda padat dalam kesetimbangan dengan uapnya sendiri
γ LV = energi bebas permukaan cairan dalam kesetimbangan dengan uap
W SL = kerja adhesi antara bahan padat dan cairan
γ 12 = energi bebas antar muka
Persamaan [2] ditulis sebagai fungsi dari tekanan kesetimbangan (π equil ) yang mengukur gaya per satuan panjang molekul yang teradsorpsi pada antarmuka.
π equil = γ S - γ SV [3]
γ SV = energi bebas permukaan benda padat dalam kesetimbangan dengan uap
W SL = π equil + γ SV + γ LV - γ SL [4]
Saat mengganti γ SV - γ SL = γ LV cos θ C dalam persamaan [4] diperoleh
W SL = π equil + γ SL (1 + cos θ C ) [5]
θ C adalah sudut kontak dalam kesetimbangan antara permukaan padat, setetes cairan dan uap.
Persamaan [5] mengukur kerja adhesi antara permukaan padat dan permukaan cair karena gaya adhesi antara molekul kedua permukaan.
Contohnya
Adhesi ban
Adhesi fisik adalah karakteristik penting dari evaluasi efisiensi dan keamanan ban. Tanpa cengkeraman yang baik, ban tidak dapat berakselerasi, atau mengerem kendaraan, atau diarahkan dari satu tempat ke tempat lain, dan keselamatan pengemudi dapat terganggu.
Cengkeraman ban disebabkan oleh gaya gesekan antara permukaan ban dan permukaan trotoar. Keamanan dan efisiensi yang tinggi akan tergantung pada adhesi pada permukaan yang berbeda, baik kasar dan licin, dan dalam kondisi atmosfer yang berbeda.
Untuk alasan ini setiap hari teknik otomotif maju dalam memperoleh desain ban yang tepat yang memungkinkan cengkeraman yang baik bahkan pada permukaan yang basah.
Adhesi pelat kaca yang dipoles
Ketika dua pelat kaca yang dipoles dan dibasahi bersentuhan, mereka mengalami adhesi fisik yang diamati dalam upaya yang harus diterapkan untuk mengatasi resistensi pemisahan pelat.
Molekul air berikatan dengan molekul pelat atas dan juga melekat pada pelat bawah, mencegah kedua pelat terpisah.
Molekul air memiliki kohesi yang kuat satu sama lain tetapi mereka juga menunjukkan adhesi yang kuat pada molekul kaca karena gaya antarmolekul.
Adhesi gigi
Contoh perlekatan fisik adalah plak gigi yang menempel pada gigi yang biasanya ditempatkan dalam perawatan restorasi gigi. Adhesi memanifestasikan dirinya pada antarmuka antara bahan perekat dan struktur gigi.
Efisiensi dalam penempatan enamel dan dentin dalam jaringan gigi, dan penggabungan struktur buatan seperti keramik dan polimer yang menggantikan struktur gigi, akan tergantung pada tingkat kepatuhan bahan yang digunakan.
Adhesi semen dengan struktur
Adhesi fisik yang baik dari semen ke struktur bata, pasangan bata, batu atau baja dimanifestasikan dalam kapasitas tinggi untuk menyerap energi yang berasal dari upaya normal dan tangensial ke permukaan yang menggabungkan semen dengan struktur, kapasitas tinggi untuk menahan beban.
Untuk mendapatkan adhesi yang baik, dalam penyatuan semen dengan struktur, perlu bahwa permukaan di mana semen akan ditempatkan memiliki penyerapan yang cukup dan bahwa permukaan cukup kasar. Kurangnya adhesi menyebabkan retak dan terlepasnya bahan yang melekat.
