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Teoria di Hamaker (fisica)

1937
  • H. C. Hamaker
Esperimento di laboratorio che dimostra la teoria di Hamaker nella chimica fisica delle superfici.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Una teoria che estende la teoria microscopica Van der Waals forze tra singoli atomi alla scala macroscopica, calcolando la forza di interazione totale tra oggetti in blocco (ad esempio, due sfere, una sfera e un piatto). Si assume l'additività a coppie, integrando il potenziale microscopico [latex]r^{-6}[/latex] sui volumi dei corpi interagenti. Il risultato è quantificato dalla costante di Hamaker, [latex]A[/latex].

Mentre la teoria di London descriveva la forza di Van der Waals tra due atomi, la teoria di Hamaker ha fornito un metodo pratico per calcolare la forza tra oggetti macroscopici. Il presupposto fondamentale della teoria è l'additività a coppie: l'energia totale di interazione tra due grandi corpi è semplicemente la somma (o l'integrale) di tutte le singole interazioni atomo-atomo. Ad esempio, per trovare la forza tra una sfera e una superficie piana, si dovrebbe integrare il potenziale di Lennard-Jones per un singolo atomo della sfera con ogni atomo della superficie, e poi integrare il risultato su tutti gli atomi della sfera.

Questa integrazione porta a potenziali di interazione che decadono con la distanza molto più lentamente rispetto al potenziale microscopico r⁻⁶. Ad esempio, l'energia di interazione tra due piastre piane varia come d⁻², e tra una sfera e una piastra come d⁻¹, dove d è la distanza di separazione. L'intensità di questa interazione macroscopica è racchiusa nella costante di Hamaker, A, che dipende dalla densità atomica dei materiali e dalla costante di interazione microscopica C₆. Sebbene l'ipotesi di additività a coppie sia un'approssimazione (ignora gli effetti a molti corpi e l'influenza del mezzo interposto), la teoria di Hamaker fornisce un quadro prezioso e intuitivo per comprendere l'adesione, la stabilità colloidale e le forze superficiali.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Chimica fisica

Tipo

Quadro teorico

Interruzione

Sostanziale

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • London Dispersion Force theory providing the microscopic potential
  • Calcolo integrale per la somma delle forze su corpi continui
  • La teoria DLVO, che incorpora il lavoro di Hamaker per descrivere la stabilità colloidale
  • Prime osservazioni sperimentali di adesione e comportamento colloidale

Applicazioni

  • scienza colloidale, come parte della teoria DLVO per predire la stabilità delle sospensioni
  • microscopia a forza atomica (AFM) per modellare le interazioni punta-superficie
  • progettazione di sistemi microelettromeccanici (MEMS) per comprendere e prevenire l'attrito (adesione indesiderata)
  • fisica dei film sottili, fenomeni di bagnatura e calcoli dell'energia superficiale

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Contesto storico

Teoria di Hamaker (fisica)

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

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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