sólido isótropo

En física de la materia condensada y mecánica de medios continuos , un sólido isótropo se refiere a un material sólido cuyas propiedades físicas son independientes de la orientación del sistema. Si bien el tamaño finito de los átomos y las consideraciones de enlace aseguran que no existirá una isotropía verdadera de la posición atómica en el estado sólido, es posible que las mediciones de una propiedad dada arrojen resultados isótropos, 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 metal policristalino ). Los sólidos isótropos suelen ser de interés al desarrollar modelos para el comportamiento físico de los materiales, ya que tienden a permitir simplificaciones drásticas de la teoría; por ejemplo, la conductividad en metales del sistema cristalino cúbico se puede describir con un solo valor escalar , en lugar de un tensor . ^{[ 1 ]} Además, los cristales cúbicos son isótropos con respecto a la expansión térmica ^{[ 2 ]} y se expandirán por igual en todas las direcciones cuando se calienten. ^{[ 3 ]}

La isotropía no debe confundirse con la homogeneidad , que caracteriza las propiedades de un sistema como independientes de la posición, en lugar 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 tensorial 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 de refracción óptico, se esperaría que los cristales cúbicos fueran ópticamente isótropos y los cristales hexagonales 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 del 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. No obstante, muchos materiales, como el acero estructural , tienden a encontrarse y utilizarse en 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 que parámetros como el módulo de Young se reporten independientemente de la dirección cristalográfica. ^{[ 7 ]} Tratar los sólidos como mecánicamente isótropos simplifica enormemente el análisis de la deformación y la fractura (así como de los campos elásticos producidos por 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, lo que creará anisotropía en las propiedades mecánicas del sólido. ^{[ 7 ]}

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