Que es fragilidad en fisica

Contenidos
  1. Fenomenología de los líquidos y vidrios formadores de vidrio
  2. ¿Qué es el vidrio frágil?
  3. ¿Qué es un líquido frágil?
  4. ¿Qué son los materiales frágiles?
    1. La fragilidad de Susie Ibarra: Una exploración de los polirritmos
    2. George Ellis, Los espacios de posibilidad como contexto de la vida
    3. Fragilidad: Una exploración de los polirritmos

Fenomenología de los líquidos y vidrios formadores de vidrio

En física del vidrio, la fragilidad caracteriza la rapidez con la que se ralentiza la dinámica de un material a medida que se enfría hacia la transición vítrea: los materiales con una mayor fragilidad tienen un intervalo de temperatura de transición vítrea relativamente estrecho, mientras que los que tienen una fragilidad baja tienen un intervalo de temperatura de transición vítrea relativamente amplio. Físicamente, la fragilidad puede estar relacionada con la presencia de heterogeneidad dinámica en los vidrios, así como con la ruptura de la relación habitual de Stokes-Einstein entre viscosidad y difusión.

Formalmente, la fragilidad refleja el grado en que la dependencia de la temperatura de la viscosidad (o tiempo de relajación) se desvía del comportamiento de Arrhenius[1]. Esta clasificación fue propuesta originalmente por Austen Angell[1][2]. La definición más común de fragilidad es el "índice de fragilidad cinética" m, que caracteriza la pendiente de la viscosidad (o tiempo de relajación) de un material con la temperatura a medida que se acerca a la temperatura de transición vítrea desde arriba:

{\displaystyle {m}:=\left({\partial {\log _{10}\eta } \T=Tg}= {\frac {1}{ln 10}}left({\partial {\ln \eta }) \izquierda(T_{g}/derecha)_{T=Tg}={frac {T_{g}} {{ln 10}}izquierda({-parcial {ln \eta} {sobre {parcial T}}derecha)_{T=Tg}}

¿Qué es el vidrio frágil?

Los líquidos frágiles formadores de vidrio se caracterizan por una fuerte dependencia de la viscosidad de cizallamiento de la temperatura no Arrhenius y por una capacidad calorífica inusualmente alta en el líquido superenfriado por encima de la transición vítrea. Utilizando el formalismo de la estructura inherente, se desarrolla un modelo teórico para explicar estas características.

¿Qué es un líquido frágil?

Un líquido "frágil" muestra un cambio rápido en su viscosidad, al acercarse a la temperatura de transición vítrea (Tg) y, empíricamente, se encuentra que la fragilidad está relacionada con el potencial de interacción (Van-der-Waals, enlace de hidrógeno, covalente) entre las unidades elementales.

¿Qué son los materiales frágiles?

Introducción. Un material frágil es una superficie o conjunto susceptible de fallar por el peso de cualquier persona que lo atraviese, trabaje o caiga sobre él. (En este caso, el peso de la persona incluye el peso de todo lo que pueda llevar puesto y transportar).

La fragilidad de Susie Ibarra: Una exploración de los polirritmos

En la física de los vidrios, la fragilidad caracteriza la rapidez con la que se ralentiza la dinámica de un material a medida que se enfría hacia la transición vítrea: los materiales con una mayor fragilidad tienen un intervalo de temperatura de transición vítrea relativamente estrecho, mientras que los que tienen una fragilidad baja tienen un intervalo de temperatura de transición vítrea relativamente amplio. Físicamente, la fragilidad puede estar relacionada con la presencia de heterogeneidad dinámica en los vidrios, así como con la ruptura de la relación habitual de Stokes-Einstein entre viscosidad y difusión.

Formalmente, la fragilidad refleja el grado en que la dependencia de la temperatura de la viscosidad (o tiempo de relajación) se desvía del comportamiento de Arrhenius[1] Esta clasificación fue propuesta originalmente por Austen Angell[1][2] La definición más común de fragilidad es el "índice de fragilidad cinética" m, que caracteriza la pendiente de la viscosidad (o tiempo de relajación) de un material con la temperatura a medida que se aproxima a la temperatura de transición vítrea desde arriba:

donde [math]\displaystyle{ \eta }[/math] es la viscosidad, Tg es la temperatura de transición vítrea, m es la fragilidad, y T es la temperatura[3] Los formadores de vidrio con una fragilidad alta se denominan "frágiles"; los que tienen una fragilidad baja se denominan "fuertes"[4] Por ejemplo, la sílice tiene una fragilidad relativamente baja y se denomina "fuerte", mientras que algunos polímeros tienen una fragilidad relativamente alta[3] y se denominan "frágiles". La fragilidad no tiene relación directa con el significado coloquial de la palabra "fragilidad", que se relaciona más estrechamente con la fragilidad de un material.

George Ellis, Los espacios de posibilidad como contexto de la vida

La fragilidad vítrea es un subproducto de los primeros intentos de aplicar la ley de los estados correspondientes al espesamiento dependiente de la temperatura de los líquidos vítreos. Los esfuerzos por trazar el logaritmo de la viscosidad en función de la temperatura inversa a escala del punto de transición vítrea (Tg) no consiguen reducir los datos a una curva común y universal, sino que muestran un patrón informativo: en un extremo, muchos vidrios de óxido "fuertes" muestran una única dependencia de Arrhenius, y en el otro extremo, muchos líquidos moleculares "frágiles" muestran un patrón muy distinto al de Arrhenius en el que la viscosidad aumenta mucho más rápidamente justo antes del Tg. A este respecto, son interesantes los vidrios que forman redes compuestas por redes tridimensionales de átomos enlazados covalentemente, ya que experimentan cambios sistemáticos tanto en la Tg como en la fragilidad dependiendo de la topología de la red y muestran variaciones del índice de fragilidad que abarcan desde fuerte (m ≈ 17) a frágil (m ≈ 90) dependiendo del nivel de conectividad de la red. Aquí revisamos los méritos de una definición especial, de grano grueso, para la conectividad topológica de los vidrios formadores de redes que difiere de los enfoques convencionales de recuento de restricciones, pero que permite que la fragilidad de más de 150 vidrios formadores de redes diferentes (tanto óxidos como calcogenuros) se colapse en una única función de la conectividad media de la red. También especulamos sobre el papel que podría desempeñar esta conectividad de grano grueso en la determinación de la temperatura de transición vítrea.

Fragilidad: Una exploración de los polirritmos

Sólo recientemente ha sido posible "ver" con precisión la estructura de un líquido. Utilizando rayos X y un aparato de alta tecnología que contiene líquidos sin recipiente,el doctor Kenneth Kelton, catedrático Arthur Holly Compton de Artes y Ciencias de la Universidad Washington de San Luis, pudo comparar el comportamiento de líquidos vidriosos a medida que se acercan a la transición vítrea.

Los resultados, publicados en la edición del 6 de agosto de Nature Communications, son la demostración más contundente hasta la fecha de que las propiedades a granel de los líquidos vítreos, como la viscosidad, están relacionadas con las microscópicas, como la estructura.

Aunque se sabe cómo fabricar vidrio desde hace miles de años, el estado vítreo y la transición vítrea aún no se conocen del todo. El método utilizado para fabricar la mayoría de los vidrios ofrece una pista del problema, explica Kelton.

Primero hay que enfriar un líquido por debajo de su temperatura de congelación (superenfriarlo) sin que cristalice. A medida que la temperatura del líquido sobreenfriado desciende, éste se vuelve cada vez más viscoso. Finalmente, llega un punto en el que sus moléculas o átomos no pueden moverse con la suficiente rapidez para adaptarse a los cambios de temperatura, y partes del líquido se atascan sucesivamente.

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