Лако-красочные материалы — производство

Основное правило физики гласит, что все природные явления могут быть описаны, когда определены вес силы, действующие между рассматриваемыми телами, и их энергетические состояния. Физические силы в природе находятся в диапазоне от ядериых сил. которые связывают протоны и нейтроны в атомном ядре, до гравита­ционных сил, которые регулируют движение небесных тел. Гравитационные силы в большинстве случаев не являются важными при исследовании адгезии. Они мо­гут играть определенную роль при оценке смачивающей способности клея или при проектировании клеевого соединения. Олиако это относится только к тем силам, имеющим химическую природу, которые являются определяющими для представ­ления об адгезии. Силы, связывающие атомы в молекулах и молекулы в жидкостях и твердых телах, в наибольшей степени относятся к вопросам исследования адге­зии. Эти явления аналогичны эффектам, рассматриваемым в теории растворов и научных представлениях о когезионной прочности материалов.

Прежде чем продолжить рассмотрение данных вопросов, необходимо вспомнить или усвоить основные термины из курса общей физики.

Термин потенциальная энергия связан со способностью материала производить работу. Осколок камня, находящийся на выступе скалы, потенциально может про­изводить работу. Термин работа определяют как произведение силы на липу пути. Таким образом, работа, которую производит камень, падающий с выступа скалы, представляет собой действие гравитационной силы, которое распространяется на расстояние, определяемое падением камня. Когда камень достигает при падении ко­нечной точки, очевидно, что этот камень имеет наименьшее значение потенциаль­ной энергии, чем перед началом его падения, и теперь он обладает меньшей возмож­ностью для совершения какой-либо работы. Для данного случая можно предложить следующее математическое выражение:

W-Fd. (4.1)

где IV’ — работа; F — сила; Л — длина пути, на котором действует данная сила.

Рассматриваемая в данном случае работа представляет собой разность потен­циальной энергии между исходным и конечным состояниями системы. Если Ф, определяет потенциальную энергию начального состояния и Ф, — потенциальную энергию конечною состояния системы, уравнение ад Я этих состояний может быть записано в виде

U’—Ф(-Фг (4.2)

Данное уравнение, кото|юе является довольно важным для дальнейшего обсуж­дения рассматриваемых вопросов, показывает связь между потенциальной энерги­ей и работой. В рамках настоящего раздела рассматриваются различные математи­ческие функции, описывающие потенциальную энергию, связанную с различными :к}х|>ектамн взаимодействия между молекулами и атомами. Рассматривая уравне­ния (4.1) и (4.2) и принимая допущение, что выражение Ф, — Фг п|н*дставляст собой бесконечно малое изменение, например, равное 5Ф, и F как постоянную величину, получаем

Сила в данной системе может быть определена в |>езультате нахождения произ­водной функции потенциальной энергии от длины пути, на котором действует сила. Аналогично этому, функцию потенциальной энергии можно определить интегри­рованием функции, описывающей силу, относительно длины пути, на котором эта сила действует. Эти простые физические представления будут неоднократно ис­пользованы в последующих разделах.

Кроме того, необходимо также вспомнить законы термодинамики. Первый закон термодинамики утверждает, что теплота, внесенная в систему, и работа, выполнен­ная системой, изменяют уровень внутренней энергии в физической системе. В мате­матическом выражении этот закон можно представить в виде уравнения

= <7 — ю, (4.5)

где внутренняя энергия в системе; q — теплота; to — работа.

В рамках рассматриваемой темы это означает, что энергия в физической системе зависит от того, какое количество механической или тепловой энергии приложено к системе. В частности, необходимо помнить, что выполнение какой-либо работы по отношению к системе приводит к увеличению ее внутренней энергии. И наоборот, если система сама выполняет какую-либо работу, ее внутренняя энергия уменьша­ется. Второй закон термодинамики связан с (^упорядочением системы. Энтропия S является критерием разупорядочения. Согласно второму закону термодинамики для обратимых процессов энтропия, как правило, остается постоянной. В случае не­обратимых процессов энтропия возрастает. Этот закон может дать представление о том. какие физические процессы происходят самопроизвольно. В частности, при объединении внутренней энергии Z, и энтропии 5 получаем представление о сво­бодной энергии системы. Если свободная энергия системы имеет отрицательное значение, то процесс, который протекает в системе, является самопроизвольным. Третий закон термодинамики утверждает, что энтропия равна нулю для всех чи­стых элементов и идеальных кристаллов при температуре абсолютного нуля. Это определяет исходное состояние для любых химических систем. Законы термодина­мики, рассматриваемые применительно к обсуждаемым в данной книге вопросам, показывают, что все физические системы стремятся принять такие состояния, при которых их потенциальная энергия имеет минимальное, а энтропия — максималь­ное значение.