Sólido isotrópico

En la física de la materia condensada y la mecánica del continuo , un sólido isótropo se refiere a un material sólido cuyas propiedades físicas son independientes de la orientación del sistema. Si bien los tamaños finitos de los átomos y las consideraciones de enlace aseguran que la verdadera isotropía de la posición atómica no exista en el estado sólido, es posible que las mediciones de una propiedad dada produzcan resultados isotrópicos, ya sea debido a las simetrías presentes dentro de un sistema cristalino, o debido a los efectos del promedio de orientación sobre una muestra (por ejemplo, en un sólido amorfo o un policristalinometal). Los sólidos isotrópicos tienden a ser de interés cuando se desarrollan modelos para el comportamiento físico de los materiales, ya que tienden a permitir simplificaciones dramáticas de la teoría; por ejemplo, la conductividad en metales del sistema de cristal cúbico se puede describir con un valor escalar simple, en lugar de un tensor. ^[1] Además, los cristales cúbicos son isotrópicos con respecto a la expansión térmica ^[2] y se expandirán igualmente en todas las direcciones cuando se calientan. ^[3]

La isotropía no debe confundirse con la homogeneidad , que caracteriza las propiedades de un sistema como independientes de la posición, más que de la orientación. Además, todas las estructuras cristalinas, incluido el sistema cristalino cúbico , son anisotrópicas con respecto a ciertas propiedades e isotrópicas con respecto a otras (como la densidad ). ^[4] La anisotropía de las propiedades de un cristal depende del rango del tensor utilizado para describir la propiedad, así como de las simetrías presentes dentro del cristal. Las simetrías rotacionales dentro de los cristales cúbicos, por ejemplo, aseguran que la constante dieléctrica(una propiedad del tensor de segundo rango) será igual en todas las direcciones, mientras que las simetrías en los sistemas hexagonales dictan que la medición variará dependiendo de si la medición se realiza dentro del plano basal . ^[5] Debido a la relación entre la constante dieléctrica y el índice óptico de refracción, se esperaría que los cristales cúbicos fueran ópticamente isotrópicos y que los cristales hexagonales fueran ópticamente anisotrópicos; Las mediciones de las propiedades ópticas del CdSe cúbico y hexagonal confirman esta comprensión. ^[6]

Casi todos los sistemas monocristalinos son anisotrópicos con respecto a las propiedades mecánicas, siendo el tungsteno una excepción muy notable, ya que es un metal cúbico con coeficientes de tensor de rigidez que existen en la proporción adecuada para permitir la isotropía mecánica. Sin embargo, en general, los cristales cúbicos no son mecánicamente isótropos. Sin embargo, muchos materiales, como el acero estructural , tienden a encontrarse y utilizarse en un estado policristalino. Debido a la orientación aleatoria de los granos dentro del material, las propiedades mecánicas medidas tienden a ser promedios de los valores asociados con diferentes direcciones cristalográficas, con el efecto neto de isotropía aparente. Como resultado, es típico para parámetros como el módulo de Youngpara ser informado independientemente de la dirección cristalográfica. ^[7] Tratar los sólidos como mecánicamente isótropos simplifica enormemente el análisis de deformaciones y fracturas (así como de los campos elásticos producidos por las dislocaciones ^[8] ). Sin embargo, la orientación preferencial de los granos (denominada textura) puede ocurrir como resultado de ciertos tipos de procesos de deformación y recristalización, que crearán anisotropía en las propiedades mecánicas del sólido. ^[7]

Referencias

1. Ashcroft, Neil W .; Mermin, N. David (2 de enero de 1976). Física del estado sólido . Aprendizaje Cengage. págs.  250 . ISBN 9780030839931.
2. Newnham, Robert. E. (27 de enero de 2005). Propiedades de los materiales: anisotropía, simetría, estructura . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 60–64. ISBN 9780198520764.
3. Vail, JM (24 de abril de 2003). Temas de Teoría de Materiales Sólidos . Prensa CRC. págs. 34–47. ISBN 9780750307291. Consultado el 31 de enero de 2014 .
4. Nye, JF (11 de julio de 1985). Propiedades físicas de los cristales: su representación por tensores y matrices . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. xv – xvi. ISBN 9780198511656.
5. Newnham, Robert. E. (27 de enero de 2005). Propiedades de los materiales: anisotropía, simetría, estructura . Prensa de la Universidad de Oxford. págs. 79–85. ISBN 9780198520764.
6. Ninomiya, Susumu; Adachi, Sadao (19 de junio de 1995). "Propiedades ópticas del CdSe cúbico y hexagonal". Revista de Física Aplicada . 78 (7): 4681–4689. Código Bibliográfico : 1995JAP .... 78.4681N . doi : 10.1063 / 1.359815 .
7. Courtney, Thomas H. (1 de diciembre de 2005). Comportamiento mecánico de los materiales . Waveland Press Inc. págs. 47–61. ISBN 9781577664253.
8. Cai, Wei; Nix, William D. (21 de agosto de 2016). Imperfecciones en sólidos cristalinos . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 369–417. ISBN 9781107123137.

enlaces externos

• Liu, I-Shih (28 de mayo de 2002). Mecánica continua . Saltador. págs. 86–88. ISBN 9783540430193. Consultado el 31 de enero de 2014 .

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