Izotropní pevná látka - Isotropic solid

v fyzika kondenzovaných látek a mechanika kontinua, an izotropní pevná látka se týká pevného materiálu, jehož fyzikální vlastnosti jsou nezávislé na orientaci systému. Zatímco konečné velikosti atomů a úvahy o vazbě to zajišťují izotropie atomové polohy nebude existovat v pevném stavu, je možné, aby měření dané vlastnosti poskytly izotropní výsledky, buď kvůli symetriím přítomným v krystalovém systému, nebo kvůli účinkům orientačního průměrování na vzorku (např an amorfní pevná látka nebo a polykrystalický kov). Izotropní pevné látky mají tendenci být zajímavé při vývoji modelů pro fyzikální chování materiálů, protože mají tendenci umožňovat dramatické zjednodušení teorie; například vodivost v kovech kubického krystalového systému lze popsat pomocí jediné skalární hodnoty, nikoli pomocí tenzoru.[1] Kromě toho jsou krychlové krystaly izotropní z hlediska tepelné roztažnosti[2] a při zahřátí se rozšíří rovnoměrně do všech směrů.[3]

Izotropii nelze zaměňovat stejnorodost, který charakterizuje vlastnosti systému jako nezávislé na poloze, nikoli na orientaci. Navíc všechny krystalové struktury, včetně kubický krystalový systém, jsou anizotropní s ohledem na určité vlastnosti a izotropní vůči ostatním (např hustota ).[4] Anizotropie vlastností krystalu závisí na pořadí tenzoru použitém k popisu vlastnosti a také na symetriích přítomných v krystalu. Například rotační symetrie uvnitř krychlových krystalů zajišťují, že dielektrická konstanta (vlastnost tenzoru 2. řádu) bude ve všech směrech stejná, zatímco symetrie v hexagonálních systémech diktují, že měření se bude lišit v závislosti na tom, zda se měření provádí v bazální rovina. [5] Kvůli vztahu mezi dielektrickou konstantou a optickým indexem lomu by se dalo očekávat, že krychlové krystaly budou opticky izotropní a hexagonální krystaly budou opticky anizotropní; Měření optických vlastností kubických a hexagonálních CdSe toto porozumění potvrzují. [6]

Téměř všechny monokrystalické systémy jsou z hlediska mechanických vlastností anizotropní, s Wolfram což je velmi pozoruhodná výjimka, protože se jedná o kubický kov s koeficienty tenzoru tuhosti, které existují ve správném poměru, který umožňuje mechanickou izotropii. Obecně však kubické krystaly nejsou mechanicky izotropní. Mnoho materiálů, jako např konstrukční ocel, mají tendenci se setkávat a využívat v polykrystalickém stavu. Kvůli náhodné orientaci zrn v materiálu mají naměřené mechanické vlastnosti průměrné hodnoty hodnot spojených s různými krystalografickými směry, s čistým účinkem zjevné izotropie. Ve výsledku je to typické pro parametry, jako je Youngův modul být hlášeno nezávisle na krystalografickém směru. [7]Zacházení s pevnými látkami jako s mechanicky izotropními značně zjednodušuje analýzu deformací a lomů (stejně jako elastických polí vytvářených dislokacemi) [8]). K preferenční orientaci zrn (tzv. Textury) však může dojít v důsledku určitých typů procesů deformace a rekrystalizace, které vytvoří anizotropii mechanických vlastností pevné látky. [7]

Reference

  1. ^ Ashcroft, Neil W .; Mermin, N. David (02.01.1976). Fyzika pevných látek. Cengage Learning. str.250. ISBN  9780030839931.
  2. ^ Newnham, Robert. E. (2005-01-27). Vlastnosti materiálů: anizotropie, symetrie, struktura. Oxford University Press. str. 60–64. ISBN  9780198520764.
  3. ^ Vail, J.M. (2003-04-24). Témata z teorie pevných materiálů. CRC Press. str. 34–47. ISBN  9780750307291. Citováno 31. ledna 2014.
  4. ^ Nye, J. F. (11.7.1985). Fyzikální vlastnosti krystalů: jejich zastoupení tenzory a maticemi. Oxford University Press. str. xv – xvi. ISBN  9780198511656.
  5. ^ Newnham, Robert. E. (2005-01-27). Vlastnosti materiálů: anizotropie, symetrie, struktura. Oxford University Press. str. 79–85. ISBN  9780198520764.
  6. ^ Ninomiya, Susumu; Adachi, Sadao (1995-06-19). Msgstr "Optické vlastnosti kubických a hexagonálních CdSe". Journal of Applied Physics. 78 (7): 4681–4689. Bibcode:1995JAP .... 78,4681N. doi:10.1063/1.359815.
  7. ^ A b Courtney, Thomas H. (01.12.2005). Mechanické chování materiálů. Waveland Press Inc. str. 47–61. ISBN  9781577664253.
  8. ^ Cai, Wei; Nix, William D. (2016-08-21). Nedokonalosti v krystalických pevných látkách. Cambridge University Press. 369–417. ISBN  9781107123137.

externí odkazy