Изотропное твердое тело
В физике конденсированного состояния и механике сплошных сред изотропное твердое тело относится к твердому материалу, физические свойства которого не зависят от ориентации системы. Хотя конечные размеры атомов и соображения связи гарантируют, что истинная изотропия положения атомов не будет существовать в твердом состоянии, измерения данного свойства могут давать изотропные результаты либо из-за симметрий, присутствующих внутри кристаллической системы, либо из-за симметрии, присутствующей внутри кристаллической системы, или из-за эффектов ориентационного усреднения по образцу (например, в аморфном твердом теле или поликристаллическом металле). Изотропные твердые тела, как правило, представляют интерес при разработке моделей физического поведения материалов, поскольку они позволяют резко упростить теорию; например, проводимость в металлах кубической кристаллической системы можно описать одним скалярным значением, а не тензором. [1] Кроме того, кубические кристаллы изотропны по отношению к тепловому расширению. [2] и при нагревании будет расширяться одинаково во всех направлениях. [3]
Изотропию не следует путать с однородностью , которая характеризует свойства системы как независимые от положения, а не от ориентации. Кроме того, все кристаллические структуры, включая кубическую кристаллическую систему , анизотропны по отношению к одним свойствам и изотропны по отношению к другим (например, плотности ). [4] Анизотропия свойств кристалла зависит от ранга тензора, используемого для описания свойства, а также от симметрии, присутствующей внутри кристалла. Например, вращательная симметрия внутри кубических кристаллов гарантирует, что диэлектрическая проницаемость (свойство тензора 2-го ранга) будет одинаковой во всех направлениях, тогда как симметрия в гексагональных системах диктует, что измерение будет варьироваться в зависимости от того, производится ли измерение внутри кристалла. базальная плоскость . [5] Из-за связи между диэлектрической проницаемостью и оптическим показателем преломления можно было бы ожидать, что кубические кристаллы будут оптически изотропными, а гексагональные кристаллы - оптически анизотропными; Измерения оптических свойств кубического и гексагонального CdSe подтверждают это понимание. [6]
Почти все монокристаллические системы анизотропны по механическим свойствам, за исключением вольфрама , поскольку это кубический металл с коэффициентами тензора жесткости, которые существуют в правильном соотношении, позволяющем обеспечить механическую изотропию. Однако в целом кубические кристаллы не являются механически изотропными. Однако многие материалы, такие как конструкционная сталь , имеют тенденцию встречаться и использоваться в поликристаллическом состоянии. Из-за случайной ориентации зерен внутри материала измеренные механические свойства имеют тенденцию быть средними значениями, связанными с различными кристаллографическими направлениями, с итоговым эффектом кажущейся изотропии. В результате обычно такие параметры, как модуль Юнга, сообщаются независимо от кристаллографического направления. [7] Рассмотрение твердых тел как механически изотропных значительно упрощает анализ деформации и разрушения (а также упругих полей, создаваемых дислокациями). [8] ). Однако преимущественная ориентация зерен (так называемая текстура) может возникнуть в результате определенных видов процессов деформации и рекристаллизации, что приведет к анизотропии механических свойств твердого тела. [7]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Эшкрофт, Нил В.; Мермин, Н.Дэвид (2 января 1976 г.). Физика твердого тела . Cengage Обучение. стр. 250 . ISBN 9780030839931 .
- ^ Ньюнэм, Роберт. Э. (27 января 2005 г.). Свойства материалов: анизотропия, симметрия, структура . Издательство Оксфордского университета. стр. 60–64. ISBN 9780198520764 .
- ^ Вейл, Дж. М. (24 апреля 2003 г.). Вопросы теории твердых материалов . ЦРК Пресс. стр. 34–47. ISBN 9780750307291 . Проверено 31 января 2014 г.
- ^ Най, Дж. Ф. (11 июля 1985 г.). Физические свойства кристаллов: их представление тензорами и матрицами . Издательство Оксфордского университета. стр. xv – xvi. ISBN 9780198511656 .
- ^ Ньюнэм, Роберт. Э. (27 января 2005 г.). Свойства материалов: анизотропия, симметрия, структура . Издательство Оксфордского университета. стр. 79–85. ISBN 9780198520764 .
- ^ Ниномия, Сусуму; Адачи, Садао (19 июня 1995 г.). «Оптические свойства кубического и гексагонального CdSe». Журнал прикладной физики . 78 (7): 4681–4689. Бибкод : 1995JAP....78.4681N . дои : 10.1063/1.359815 .
- ^ Перейти обратно: а б Кортни, Томас Х. (1 декабря 2005 г.). Механическое поведение материалов . Waveland Press Inc., стр. 47–61. ISBN 9781577664253 .
- ^ Цай, Вэй; Никс, Уильям Д. (21 августа 2016 г.). Несовершенства кристаллических твердых тел . Издательство Кембриджского университета. стр. 369–417. ISBN 9781107123137 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Лю, И-Ши (28 мая 2002 г.). Механика сплошной среды . Спрингер. стр. 86–88. ISBN 9783540430193 . Проверено 31 января 2014 г.
 | Эта физике конденсированного состояния, статья, посвященная незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |