ผลึกและอัตราส่วนของปัวซอง

ทางลัด: ความแตกต่างความคล้ายคลึงกันค่าสัมประสิทธิ์การเปรียบเทียบ Jaccardการอ้างอิง

ความแตกต่างระหว่าง ผลึกและอัตราส่วนของปัวซอง

ผลึก vs. อัตราส่วนของปัวซอง

Quartz crystal Bismuth Crystal Insulincrystals ผลึก (crystal) เป็นของแข็งที่มีองค์ประกอบเป็นอะตอม โมเลกุล หรือ ไอออน ซึ่งอยู่รวมกันอย่างมีระเบียบ เป็นรูปแบบที่ซ้ำกันและแผ่ขยายออกไปในเนื้อที่สามมิติ โดยทั่วไปสสารที่เป็น ของเหลว จะเกิดผลึกได้เมื่ออยู่ภายใต้กระบวนการโซลิดิฟิเคชัน (solidification) ภายใต้สภาวะที่สมบูรณ์ผลที่ได้จะเป็น ผลึกเดี่ยว (single crystal) ที่ซึ่งทุกอะตอมในของแข็งมีความพอดีที่จะอยู่ใน แลตทิช เดียวกัน หรือ โครงสร้างผลึกเดียวกัน แต่โดยทั่วไปจะเกิดหลายรูปแบบของผลึกในระหว่างโซลิดิฟิเคชัน ทำให้เกิดของแข็งที่เรียกว่า พอลิคริสตัลลีน (polycrystalline solid) ตัวอย่าง เช่น โลหะ ส่วนใหญ่ที่พบเห็นในชีวิตประจำวันจะเป็น พอลิคริสตัล (polycrystals) ผลึกที่โตคู่กันอย่างสมมาตร จะเกิดเป็นผลึกที่เรียกว่า ผลึกแฝด (crystal twins) โครงสร้างผลึกจะขึ้นอยู่กับสารเคมี สภาวะแวดล้อมขณะเกิดการแข็งตัวและความกดดันขณะนั้น กระบวนการเกิดโครงสร้างผลึกเราเรียกว่าคริสตัลไลเซชัน (crystallization) ความสำคัญของผลึก ผลึก สามารถพบได้ทั่วไปในธรรมชาติ พบมากในการก่อตัวของหิน เช่น อัญมณีต่างๆ หรือแม้แต่รอบตัวเรา ในรูปของน้ำตาล น้ำแข็ง และเกลือเม็ด เป็นต้น ความงดงามของผลึกเหล่านี้เป็นที่สนใจมาแต่ตั้งแต่ โบราณ ทั้งด้านความสมมาตรของรูปทรงและสีสรรที่หลากหลาย นักผลึกศาสตร์ในอดีต ใช้เรขาคณิตในการศึกษารูปทรงของผลึกที่พบได้ตามธรรมชาติ 5 มีคุณสมบัติเป็นคลื่นแสงพลังงานสูง มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เมื่อรังสีเอกซ์พุ่งกระทบกับวัตถุ อะตอมในวัตถุจะสามารถทำให้รังสีเอกซ์เกิดการกระเจิงได้ นักผลึกศาสตร์พบว่าการเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบในผลึก ทำให้รังสีเอกซ์กระเจิงไปในทิศทางที่จำเพาะเท่านั้น จากข้อมูลความเข้มและทิศทางของรังสีเอกซ์ที่กระเจิงนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างภาพสามมิติของโครงสร้างของสารในผลึกได้ ผลึกจึงเป็นตัวอย่างที่เหมาะสมสำาหรับการศึกษาโครงสร้างของสารที่ให้ความละเอียดในระดับอะตอม ด้วยคุณสมบัติทั่วไปสามประการได้แก่ คุณสมบัติที่เป็นของแข็ง มีสามมิติ และมีการเรียงตัวของอะตอมอย่างเป็นระเบียบมาก และความสมมาตรสูง นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาพันธะเคมี ที่ดึงดูดอะตอมเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น กราไฟท์หรือถ่านที่ทึบแสงและนิ่ม กับเพชรที่โปร่งแสงและแข็งมาก สารทั้งสองนี้มีส่วนประกอบทางเคมีที่เหมือนกัน คือธาตุคาร์บอนเท่านั้น การที่เพชรสามารถกระเจิงแสงได้ เกิดจากพันธะทางเคมีที่เรียงตัวเป็นระเบียบ ทำาให้เพชรแวววาว เรารู้โครงสร้างและพันธะเคมีของเพชร ได้จากศึกษาโครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอก ผลึกที่ฉีกกฎธรรมชาติ ในปี..1984 ดร.แดน เชท์มัน ค้นพบผลึกชนิดพิเศษที่มีรูปแบบการเรียงตัวของอะตอมอย่างไม่ต่อเนื่อง รูปแบบนี้ฉีกกฎที่เคยเชื่อกันว่า ผลึกต้องประกอบขึ้นด้วยรูปแบบสมมาตรชนิด 1, 2, 3, 4 และ 6 ด้านเท่านั้น จึงจะเกิดเป็นรูปทรงสามมิติได้ การค้นพบที่เปลี่ยนแปลงความเชื่อครั้งใหญนี้่ เกิดจากการศึกษาโลหะผสมระหว่างอลูมิเนียมและแมงกานีสด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ดร.แดน เชชท์มัน สังเกตเห็นการจัดเรียงตัวแบบห้าเหลี่ยม ในผลึก และต่อมาผลึกในลักษณะนี้ เป็นที่รู้จักว่าเป็น “ผลึกเสมือน” การค้นพบนี้ทำให้ ดร.แดน เชท์มัน ได้รับ รางวัล โนเบล สาขาเคมี ในปี.. Figure 1: Rectangular specimen subject to compression, with Poisson's ratio circa 0.5 เมื่อตัวอย่างวัสดุถูกดึงในทิศหนึ่ง อีกสองทิศจะบางลง อัตราส่วนของปัวซอง (ν, \mu) ซึ่งเป็นชื่อหลังของ ซีเมยอง ปัวซอง เป็นค่าที่วัดได้เนื่องจากความบางลงนี้ อัตราส่วนของปัวซองเป็นอัตราส่วนการหดสั้นสัมพัทธ์ คือ ความเครียด หรือความเครียดตามขวาง (ตั้งฉากกับแรงที่กระทำ) หารด้วยความเครียดที่ขยายออกสัมพัทธ์ (ในทิศเดียวกับแรงที่กระทำ) สำหรับวัสดุแบบ perfectly incompressible อัตราส่วนของปัวซองจะมีค่าเท่ากับ 0.5 พอดี ส่วนวัสดุทางวิศวกรรมในทางปฏิบัติส่วนใหญ่จะมีค่า ν ระหว่าง 0.0 ถึง 0.5 คอร์กจะมีค่าใกล้ 0.0 เหล็กส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ 0.3 และยางมีค่าเกือบ 0.5 ในบางวัสดุ เช่นโฟมของพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ จะมีค่าอัตราส่วนของปัวซองเป็นลบ ถ้า auxetic material เหล่านี้ถูกดึงในทิศหนึ่ง มันจะหนาขึ้นในทิศที่ตั้งฉากกับมันด้วย สมมุติว่าวัตถุถูกอัดตามแนวแกน y (ดูภาพ 1): เมื่อ \nu_ คือค่าอัตราส่วนของปัวซอง \epsilon_x คือความเครียดตามขวาง และ \epsilon_y คือความเครียดตามแกนของแรง ในการมองอย่างผิวเผิน อัตราส่วนของปัวซองที่มากกว่า 0.5 ดูเหมือนจะเป็นไปไม่ได้ เพราะที่ความเครียดค่าหนึ่ง วัสดุจะมีปริมาตรเข้าใกล้ศูนย์ และถ้ามากกว่านั้นวัสดุจะมี "ปริมาตรเป็นลบ" อย่างไรก็ตาม ค่าอัตราส่วนปัวซองที่ประหลาดมักจะเป็นผลจากวัสดุที่มีโครงสร้างซับซ้อน.