Isotropisk fast substans
I den kondenserade materiens fysik och kontinuummekanik hänvisar ett isotropiskt fast material till ett fast material för vilket fysikaliska egenskaper är oberoende av systemets orientering. Även om de ändliga storlekarna på atomer och bindningsöverväganden säkerställer att sann isotropi av atomposition inte kommer att existera i fast tillstånd, är det möjligt för mätningar av en given egenskap att ge isotropa resultat, antingen på grund av symmetrierna som finns i ett kristallsystem, eller på grund av effekterna av orienterande medelvärdesberäkning över ett prov (t.ex. i en amorf fast substans eller en polykristallin metall). Isotropa fasta ämnen tenderar att vara av intresse när man utvecklar modeller för fysiskt beteende hos material, eftersom de tenderar att möjliggöra dramatiska förenklingar av teorin; till exempel kan konduktivitet i metaller i det kubiska kristallsystemet beskrivas med ett enda skalärt värde, snarare än en tensor. Dessutom är kubiska kristaller isotropa med avseende på termisk expansion och kommer att expandera lika i alla riktningar när de värms upp.
Isotropi ska inte förväxlas med homogenitet , som kännetecknar ett systems egenskaper som oberoende av position, snarare än orientering. Dessutom är alla kristallstrukturer, inklusive det kubiska kristallsystemet , anisotropa med avseende på vissa egenskaper och isotropa för andra (såsom densitet ). Anisotropin för en kristalls egenskaper beror på rangordningen av tensorn som används för att beskriva egenskapen, såväl som symmetrierna som finns i kristallen. Rotationssymmetrierna inom kubiska kristaller säkerställer till exempel att dielektricitetskonstanten ( en 2:a ranknings tensoregenskap) kommer att vara lika i alla riktningar, medan symmetrierna i hexagonala system dikterar att mätningen kommer att variera beroende på om mätningen görs inom basalplan . På grund av förhållandet mellan dielektricitetskonstanten och det optiska brytningsindexet skulle det förväntas att kubiska kristaller är optiskt isotropa och hexagonala kristaller är optiskt anisotropa; Mätningar av de optiska egenskaperna hos kubisk och hexagonal CdSe bekräftar denna förståelse.
Nästan alla enkristallsystem är anisotropa med avseende på mekaniska egenskaper, med Tungsten som ett mycket anmärkningsvärt undantag, eftersom det är en kubisk metall med styvhetstensorkoefficienter som finns i rätt förhållande för att möjliggöra mekanisk isotropi. I allmänhet är emellertid kubiska kristaller inte mekaniskt isotropa. Emellertid tenderar många material, såsom konstruktionsstål , att påträffas och användas i ett polykristallint tillstånd. På grund av slumpmässig orientering av kornen i materialet tenderar uppmätta mekaniska egenskaper att vara medelvärden av värdena som är associerade med olika kristallografiska riktningar, med nettoeffekten av skenbar isotropi. Som ett resultat är det typiskt att parametrar som Young's Modulus rapporteras oberoende av kristallografisk riktning. Att behandla fasta ämnen som mekaniskt isotropa förenklar avsevärt analysen av deformation och brott (liksom av de elastiska fälten som produceras av dislokationer). Företrädesorientering av korn (kallad textur) kan dock uppstå som ett resultat av vissa typer av deformations- och omkristallisationsprocesser, vilket kommer att skapa anisotropi i de mekaniska egenskaperna hos det fasta ämnet.
externa länkar
- Liu, I-Shih (2002-05-28). Kontinuummekanik . Springer. s. 86–88. ISBN 9783540430193 . Hämtad 31 januari 2014 .