Anisotropia este ce? Definiție și aplicare

Acest articol ne spune că anizotropia este inegalitatea valorilor unei anumite cantități fizice de-a lungul direcțiilor diferite ale unui corp rigid. Descoperă ce cauzează anizotropia, unde apare, cum este aplicată. De asemenea, este prezentată o scurtă descriere a coeficientului de anizotropie.

Determinarea anizotropiei

În primul rând, vom da o definiție a acestui concept. Anizotropia este diferența dintre proprietățile și parametrii unui obiect în direcții diferite. Se dovedește ușor de neînțeles și necesită clar explicații. Proprietățile sunt înțelese ca orice caracteristici ale substanțelor - elasticitatea, viteza sunetului, indicele de refracție, conductivitatea termică, conductivitatea electrică. Astfel, de exemplu, pentru viteza sunetului, anizotropia este un fenomen atunci când undele sonore se propagă pe o bucată de piatră cu o viteză diferită decât de-a lungul. În acest caz, această proprietate ajută la determinarea rocilor așezate adânc în crusta pământului. Propagarea naturală în timpul unui cutremur, de exemplu, sau cu un impact puternic special creat, va da o idee despre densitatea și unghiul de apariție a diferitelor minerale.

Ce cauzează anizotropia?

Când se menționează acest termen, se înțelege cel mai adesea anizotropia cristalelor. Această secțiune se referă la fizica solidelor. Și orice om de știință din acest domeniu știe mai întâi de toate: proprietățile materiei depinde nu numai de atomii din care este alcătuit, ci și în ce ordine și prin ce părți unul de celălalt acești atomi sunt conectați. Și cel mai important: ele depind de grupul de simetrie al structurii rezultate. Sunt treizeci și doi dintre ei. Grupul de simetrie arată câte mișcări și ce mișcări trebuie realizate astfel încât aceleași elemente să se suprapună și să coincidă complet. Aceste acțiuni includ: întoarcerea în jurul axei (la un anumit unghi), reflexia din plan sau punct, inversiune. Grupul de simetrie și arată ce va fi anizotropia cristalelor. Substanțele cu structură cubică, de exemplu, nu posedă această proprietate. Parametrii unor astfel de solide sunt aceiași în toate direcțiile.

Ce unghi este necesar pentru anizotropie?

Mai sus, am dat un exemplu atunci când propagarea sunetului nu este uniformă în direcții transversale reciproce. Acesta este un caz special al modului în care se manifestă anizotropia proprietăților, numită termenul de orotropie. Cu toate acestea, simetria cristalelor nu este doar cubică sau ortorombică. Este trigonal, când repetarea elementelor structurii are loc atunci când vă întoarceți la o treime din cerc sau chiar hexagonală, atunci unghiul de rotație este egal cu o șesime din cerc. Simetria categoriei inferioare, monoclinică, face posibil ca proprietățile să fie inegale în cristal în trei direcții reciproc perpendiculare. Astfel, anizotropia este o calitate corpurile cristaline, Se poate manifesta în orice unghiuri atât într-un plan, cât și într-un volum.

Toate proprietățile au anizotropie?

Această întrebare este naturală. Dacă o proprietate din acest cristal are anizotropie, ar trebui alți parametri să urmeze acest exemplu? Opțional. Luați, de exemplu, cristale care sunt utilizate în dispozitivele de vedere pe timp de noapte. Ele pot transforma lumina infraroșie invizibilă în intervalul vizibil (cel mai adesea o imagine cu diferite nuanțe de verde). În astfel de materiale, anizotropia este proprietatea principală care este adecvată pentru utilizare și poate fi utilă. Și, pentru ca efectul să fie cel mai bun, cristalele ar trebui să fie transformate într-un anumit unghi (în acest scop, acestea sunt cultivate în mod strict într-un anumit mod). În alte direcții, conversia radiațiilor este mai puțin sau complet absentă. În acest caz, conductivitatea termică, viteza sunetului sau electrodifuzia în ele este distribuită uniform în toate direcțiile. De asemenea, se întâmplă că pentru o proprietate unghiul diferenței dintre caracteristicile sale este unul, iar celălalt - celălalt. Dar acestea sunt deja cazuri destul de exotice.

Unde altundeva este anizotropia?

Când o persoană aude "cristale", imaginați de obicei o coloană semitransparentă de cuart sau ametist. Unele fete se gândesc probabil la decorațiuni. Cu toate acestea, orice solid poate fi cristalin. Produsele fabricate din fier, aluminiu, cupru, staniu constau, de asemenea, din cristale, foarte mici. Și în fiecare astfel de lucru la nivel micro, se observă și anizotropia metalelor. Cu toate acestea, proprietățile care se propagă în direcții perpendiculare în moduri diferite, foarte specifice și în viața de zi cu zi sunt invizibile. De exemplu, în cristalele cubice de fier și aluminiu, modulele elastice ale lui Young variază în funcție de axa aleasă. O extindere liniară a staniu în diferite direcții diferă aproape dublu. Totuși, astfel de detalii, de regulă, nu trebuie luate în considerare în fiecare zi. La urma urmei, anizotropia metalelor și consecințele ei, ca regulă, sunt așezate în toate aplicațiile lor posibile în stadiul de proiectare a obiectelor, clădirilor, avioanelor, autoturismelor.

Cum se calculează anizotropia?

Toate cele scrise mai sus, sperăm, au spus în mod clar cititorului ce este anizotropia. Totuși, apare o altă întrebare: cum putem calcula cât de diferite sunt proprietățile de-a lungul direcțiilor non-coincide în substanțele solide? Pentru aceasta, există un coeficient de anizotropie. Faceți imediat o rezervare, pentru fiecare valoare se calculează în felul său. Indicatorii care se confruntă cu anizotropie pot fi diferiți unul de celălalt. Proprietățile unui sistem mecanic sau cuantic diferă fundamental, ceea ce este acceptabil pentru unul, pentru altul va fi imposibil sau complet imposibil. Prin urmare, nu este nevoie să vorbim despre un coeficient comun pentru orice valoare. În plus, deseori nu este posibil să se calculeze teoretic teoretic, această valoare fiind obținută doar printr-o metodă experimentală. Coeficientul de anizotropie include raportul dintre valorile cantității investigate în direcții diferite. Uneori această cifră include unghiul dintre direcțiile selectate. Este adevărat, cel mai adesea doar ca indicator în partea de jos a valorii valorii. De exemplu, K_xy arată că acest coeficient se referă la diferența dintre valorile cantității fizice de-a lungul axelor x și y.