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Hamaker-Theorie (Physik)

1937
  • H. C. Hamaker
Laborexperiment zur Demonstration der Hamaker-Theorie in der physikalischen Chemie von Oberflächen.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Eine Theorie, die das Mikroskopische erweitert Van der Waals Die Methode berechnet die Wechselwirkungskräfte zwischen einzelnen Atomen auf makroskopischer Ebene und damit die gesamte Wechselwirkungskraft zwischen Objekten im Volumenbereich (z. B. zwei Kugeln, einer Kugel und einer Platte). Dabei wird paarweise Additivität angenommen und das mikroskopische r⁻⁶-Potential über die Volumina der wechselwirkenden Körper integriert. Das Ergebnis wird durch die Hamaker-Konstante A quantifiziert.

Während die Londoner Theorie die Van-der-Waals-Kraft zwischen zwei Atomen beschrieb, lieferte die Hamaker-Theorie eine praktische Methode zur Berechnung der Kraft zwischen makroskopischen Objekten. Die Kernannahme der Theorie ist die paarweise Additivität: Die gesamte Wechselwirkungsenergie zwischen zwei großen Körpern ist einfach die Summe (oder das Integral) aller einzelnen Atom-Atom-Wechselwirkungen. Um beispielsweise die Kraft zwischen einer Kugel und einer ebenen Fläche zu ermitteln, würde man das Lennard-Jones-Potenzial für ein einzelnes Atom in der Kugel mit jedem Atom in der Fläche integrieren und dieses Ergebnis dann über alle Atome in der Kugel integrieren.

Diese Integration führt zu Wechselwirkungspotenzialen, die mit der Entfernung viel langsamer abnehmen als das mikroskopische [latex]r^{-6}[/latex]-Potenzial. So variiert beispielsweise die Wechselwirkungsenergie zwischen zwei flachen Platten mit [latex]d^{-2}[/latex] und zwischen einer Kugel und einer Platte mit [latex]d^{-1}[/latex], wobei [latex]d[/latex] der Abstand ist. Die Stärke dieser makroskopischen Wechselwirkung ist in der Hamaker-Konstante [latex]A[/latex] enthalten, die von der atomaren Dichte der Materialien und der mikroskopischen Wechselwirkungskonstante ([latex]C_6[/latex]) abhängt. Die Annahme der paarweisen Additivität ist zwar eine Annäherung (sie lässt Vielteilcheneffekte und den Einfluss des dazwischenliegenden Mediums außer Acht), doch bietet die Hamaker-Theorie einen unschätzbaren und intuitiven Rahmen für das Verständnis von Adhäsion, kolloidaler Stabilität und Oberflächenkräften.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Physikalische Chemie

Typ

Theoretischer Rahmen

Störung

Wesentliche

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Londoner Dispersionskrafttheorie, die das mikroskopische Potenzial liefert
  • Integralrechnung zur Summierung von Kräften über kontinuierlichen Körpern
  • die DLVO-Theorie, die die Arbeiten von Hamaker zur Beschreibung der kolloidalen Stabilität aufgreift
  • Frühe experimentelle Beobachtungen von Adhäsion und kolloidalem Verhalten

Anwendungen

  • Kolloidwissenschaft, als Teil der DLVO-Theorie zur Vorhersage der Stabilität von Suspensionen
  • Rasterkraftmikroskopie (AFM) zur Modellierung von Spitzen-Oberflächen-Wechselwirkungen
  • Design von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) zum Verständnis und zur Vermeidung von Haftreibung (unerwünschte Haftung)
  • Dünnschichtphysik, Benetzungsphänomene und Berechnungen der Oberflächenenergie

Patente:

NA

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Verwandt mit: Hamaker-Konstante, makroskopische Van-der-Waals-Konstante, Kolloid, Oberflächenwissenschaft, Adhäsion, Haftreibung, Rasterkraftmikroskopie, DLVO-Theorie, dünner Film, Lifshitz-Theorie.

Historischer Kontext

Hamaker-Theorie (Physik)

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1932
1933
1937
1940
1947
1950
1930
1931
1932
1936-01-01
1938
1940
1950
1950

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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