Строительные материалы и изделия стр.8
Работа адгезии определяется энергией, затраченной на разрыв связи по контакту между фазами, отнесенной к единице площади. Определим работу адгезии Wa, Дж/м2, между жидкостью и твердым телом в газообразной среде. До разрыва поверхностная энергия единицы площади контакта равна от_ж. После разрыва образуются две поверхности с поверхностным натяжением, равным на одной из них ож_г, на другой — от_, (рис. 1.3, б). В этом случае работа адгезии определяется по уравнению Дюпре:
>К = сТж-г + ат_г-от_ж. (1.2)
Выразим ст_г из уравнения (1.1) и подставим в уравнение (1.2). Получим: Wa = <7Ж_Г(1 + cosO). Величины стж_г и cos в определяются экспериментально.
Отношение работ адгезии и когезии для случая твердое тело — жидкость зависит только от краевого угла смачивания:
К/ К = ож_,.(1 + со59)/2ож„г = (1 + cos в)/2.
При cosG = 1 (полное смачивание) Wa = WK, т.е. разрыв при растяжении равновероятен как по контакту, так и по жидкости. При cos0 =-\ (полное несмачивание) Wa = 0, следовательно, нет адгезии. В промежуточном случае, при cos0 = 0, Wa = 0,5^.
Рис. 1.3. Иллюстрация к выводу уравнения Дюпре: а — когезия; б — адгезия; S — площадь столбика
Рис. 1.3. Иллюстрация к выводу уравнения Дюпре: а — когезия; б — адгезия; S — площадь столбика
Рис. 1.4. Происхождение внутреннего давления в жидкости (а), поднятие (опускание) жидкости в капилляре (б) и удержание твердых частиц водной манжетой (в)
Рис. 1.4. Происхождение внутреннего давления в жидкости (а), поднятие (опускание) жидкости в капилляре (б) и удержание твердых частиц водной манжетой (в)
Работу адгезии между твердыми фазами определить невозможно, так как обычно неизвестно поверхностное натяжение на границе твердое тело — воздух. В этом случае адгезию характеризуют силой, необходимой для разрыва адгезионного соединения по единице площади.
Капиллярные явления. Благодаря поверхностному натяжению жидкости стремятся принять сферическую форму. Этому препятствует сила тяжести, которая при большом объеме жидкости делает поверхность плоской. С уменьшением объема жидкости Ксила тяжести снижается пропорционально кубу радиуса капли, в то время как поверхность капли уменьшается пропорционально квадрату радиуса.
При малых размерах частиц силы поверхностного натяжения начинают преобладать над силами тяжести и поверхность приобретает кривизну, благодаря которой капля оказывается сжатой внутренним давлением р, обусловленным силами поверхностного натяжения о и направленным к центру кривизны (рис. 1.4, а). Под действием этого давления объем капли уменьшается на 8Ки совершается работа рЪ V. В то же время сокращается площадь поверхности капли на 5S и уменьшается ее поверхностная энергия на obS.
Бетонная смесь и керамическая масса обладают связностью в основном за счет сил поверхностного натяжения воды, действующих в водных манжетах, имеющих два радиуса кривизны (рис. 1.4, в). Радиус ги лежащий в плоскости, перпендикулярной рисунку, всегда больше радиуса г2, лежащего в плоскости рисунка, поэтому давление в водной манжете ниже внешнего, что и способствует удержанию частиц вместе.