Почему поликристаллические и аморфные тела обладают изотропией?

Поликристаллические и аморфные тела обладают изотропией потому, что их физические свойства в среднем одинаковы по всем направлениям. Однако причины изотропии у этих двух типов тел различаются и связаны с особенностями их внутреннего строения.

Изотропия — это свойство вещества, при котором его физические характеристики (теплопроводность, электропроводность, показатель преломления, упругие свойства и другие) не зависят от направления измерения.

1. Почему поликристаллические тела изотропны?

Поликристаллические тела состоят из множества мелких кристаллов, которые называются кристаллитами или зёрнами.

Каждое отдельное зерно имеет упорядоченную кристаллическую структуру и может обладать анизотропией, то есть различными свойствами в разных направлениях.

Однако в поликристаллическом теле кристаллиты обычно ориентированы хаотично. Поэтому:

• В одном зерне определённое физическое свойство может быть сильнее выражено в одном направлении.

• В соседнем зерне преимущественное направление этого свойства будет другим.

• Благодаря большому количеству беспорядочно ориентированных зёрен различия в свойствах отдельных кристаллитов усредняются.

В результате поликристаллическое тело в целом проявляет изотропию, хотя каждый составляющий его кристалл может быть анизотропным.

Например, обычный металлический предмет, состоящий из множества мелких кристаллических зёрен, часто имеет практически одинаковые физические свойства во всех направлениях.

Важно отметить, что поликристаллы изотропны не всегда. Если их зёрна имеют преимущественную ориентацию, например после прокатки или механической обработки металла, материал может проявлять анизотропию.

2. Почему аморфные тела изотропны?

Аморфные тела отличаются от кристаллических тем, что в них отсутствует дальний порядок в расположении частиц.

В кристаллах атомы, ионы или молекулы образуют регулярную пространственную решётку. В аморфных веществах частицы располагаются менее упорядоченно, хотя между ближайшими соседями может сохраняться определённый порядок.

Из-за отсутствия регулярной кристаллической решётки в обычном однородном аморфном теле нет выделенных кристаллографических направлений, вдоль которых физические свойства должны существенно отличаться.

Поэтому при измерениях на достаточно большом масштабе свойства такого материала оказываются одинаковыми во всех направлениях.

Например, обычное стекло является аморфным телом. Его оптические свойства, как правило, не зависят от направления распространения света, если стекло однородно и не испытывает внутренних напряжений.

3. В чём главное различие причин изотропии?

При этом изотропия обоих типов материалов может нарушаться под воздействием деформации, внутренних напряжений или особенностей технологии изготовления.

Вывод

Поликристаллические тела обладают изотропией благодаря беспорядочной ориентации большого количества мелких кристаллов, вследствие чего их направленные свойства взаимно усредняются. Аморфные тела обладают изотропией благодаря отсутствию дальнего порядка в расположении частиц и выделенных направлений в их структуре.

Таким образом, несмотря на различия во внутреннем строении, оба типа тел при обычных условиях могут иметь одинаковые макроскопические физические свойства во всех направлениях.