Što je anizotropija? Definicija i primjena

Ovaj članak nam govori da je anizotropija nejednakost vrijednosti određene fizičke veličine u različitim smjerovima krutog tijela. Otkriva što uzrokuje anizotropiju, gdje se pojavljuje, kako se primjenjuje. Također je dan kratki opis koeficijenta anizotropije.

Određivanje anizotropije

Za početak, dajemo definiciju ovog koncepta. Anizotropija je razlika u svojstvima i parametrima objekta u različitim smjerovima. Izgleda da je malo nerazumljivo i jasno zahtijeva objašnjenje. Svojstva se podrazumijevaju kao sve karakteristike tvari - elastičnost, brzina zvuka, indeks loma, toplinska provodljivost, električna vodljivost. Tako je, primjerice, za brzinu zvuka anizotropije - je pojava kada poprečno Boulder zvučni valovi prostiru na različitom brzinom nego zajedno. U ovom slučaju, ovo svojstvo pomaže u određivanju stijena koje leže duboko u zemljinoj kora. Prirodni nastavak potresa, na primjer, ili posebno stvoren jak udarac će dati ideju o gustoći i kut pojave različitih minerala.

Što uzrokuje anizotropiju?

Prilikom spomenutog pojma najčešće se misli na anizotropiju kristala. Ovaj odjeljak govori o fizici čvrstog stanja. I bilo koji znanstvenik na ovom području prije svega zna: svojstva tvari ne ovise samo o tome s kojim atomima se ona sastoji nego i u kojem redoslijedu i kojim su dijelovima međusobno povezani atomi. I što je najvažnije: oni ovise o simetričnoj skupini dobivene strukture. Ima ih trideset i dva. Simetrična skupina pokazuje koliko i koje pokrete treba izvršiti tako da se isti elementi preklapaju i potpuno podudaraju. Te radnje uključuju: okretanje osi (pod određenim kutom), odraz od ravnine ili točke, inverzija. Simetrična skupina i pokazuje što će biti anizotropija kristala. Na primjer, supstance s kubičnom strukturom nemaju tu svojinu. Parametri takvih krutih tvari su isti u svim smjerovima.

Koji je kut potreban za anizotropiju?

Iznad smo dali primjer kada propagacija zvuka nije ujednačena u obostrano poprečnim smjerovima. Ovo je poseban slučaj kako se manifestira anizotropija svojstava, što se naziva pojam orotropije. Međutim, simetrija kristala nije samo kubična ili ortorombska. To je trokutasti kada ponavlja strukturne elemente javlja prilikom uključenja trećega kruga, ili heksagonalne, dok je kut rotacije jednaka jedne šestine kruga. Simetrija najniže kategorije monoklinski, omogućuje svojstva varirati u kristalu u tri međusobno okomita smjera. Dakle, anizotropija je kvaliteta kristalna tijela, Može se manifestirati u bilo kojem kutu iu jednoj ravnini iu volumenu.

Imaju li sva svojstva anizotropnost?

Ovo pitanje je prirodno. Ako jedna nekretnina u ovom kristalu ima anizotropiju, bi li drugi parametri trebali slijediti ovaj primjer? Opcijski. Uzmi, na primjer, kristale koji se koriste u uređajima za noćno gledanje. Oni su u stanju pretvoriti nevidljive infracrvene svjetlosti u vidljivi raspon (najčešće slika različitih nijansi zelenog). U takvim materijalima, anizotropija je glavna svojstva koja su prikladna za upotrebu i mogu biti korisna. A kako bi učinak bio najbolji, kristali bi trebali biti okrenuti pod određenim kutom (u tu svrhu, oni se posebno strogo uzgajaju na određeni način). U drugim smjerovima, pretvorba zračenja je manje ili potpuno odsutna. U ovom slučaju, toplinska vodljivost, brzina zvuka ili elektrodifuzija u njima raspodjeljuje se ravnomjerno u svim smjerovima. Također se događa da je za jednu nekretninu kut razlika njegovih svojstava jedan, a drugi - drugi. Ali to su već vrlo egzotični slučajevi.

Gdje je još anizotropija?

Kada osoba čuje "kristale", obično zamislite polutransparentni stup kvarca ili ametista. Neke djevojke vjerojatno razmišljaju o ukrasima. Međutim, bilo koja krutina može biti kristalna. Proizvodi od željeza, aluminija, bakra, kositra također se sastoje od kristala, vrlo malih. I u svakoj takvoj stvari na mikro razini, također se promatra anizotropija metala. Međutim, svojstva koja se propagiraju u okomitim smjerovima na različite načine, vrlo specifične i u svakodnevnom životu su nevidljiva. Na primjer, u kubičnim kristalima od željeza i aluminija, Youngovi elastični moduli variraju s odabranom osi. Linearna ekspanzija kositra u različitim smjerovima razlikuje se gotovo dvostruko. Međutim, takve pojedinosti, kao pravilo, ne moraju se uzimati u obzir svaki dan. Uostalom, anizotropnost metala i njezine posljedice, u pravilu, položene su u svim njihovim mogućim primjenama u fazi oblikovanja stvari, zgrada, zrakoplova, automobila.

Kako izračunati anizotropiju?

Sve gore napisano, nadamo se, jasno je rekao čitatelju što je anizotropija. Međutim, postavlja se još jedno pitanje: kako izračunati koliko su različiti svojstva duž nekompatibilnih smjera u krutom stanju? Za to postoji koeficijent anizotropije. Odmah rezervirajte, za svaku vrijednost obračunava se na svoj način. Pokazatelji koji doživljavaju anizotropiju mogu biti različiti jedan od drugog. Svojstva mehaničkog ili kvantnog sustava razlikuju se u osnovi, što je prihvatljivo za jednu, za drugu je nemoguće ili potpuno nemoguće. Stoga, nema potrebe govoriti o nekom koeficijentu koji je uobičajen za bilo koju vrijednost. Štoviše, često nije teoretski moguće teoretski izračunati, vrijednost se dobiva samo eksperimentalnom metodom. Anizotropni koeficijent uključuje omjer vrijednosti ispitivane količine u različitim smjerovima. Ponekad ta brojka uključuje kut između odabranih smjera. Istina, najčešće samo kao pokazatelj pri dnu vrijednosti vrijednosti. Na primjer, K_xy pokazuje da se ovaj koeficijent odnosi na razliku u vrijednostima fizičke veličine duž x i y osi.