Анізотропія - це що таке? Визначення та застосування

Відео: Як визначити кислотність ґрунту народні способи

Дана стаття розповідає, що анізотропія - це нерівність значень якоїсь фізичної величини уздовж різних напрямків твердого тіла. Розкриває, що викликає анізотропію, де вона зустрічається, як застосовується. Також коротко дано опис коефіцієнта анізотропії.

визначення анізотропії

Для початку дамо визначення цього поняття. Анізотропія - це розходження властивостей і параметрів об`єкта в різних напрямках. Виходить злегка незрозуміло і явно потребує пояснення. Під властивостями розуміються будь-які характеристики речовин - пружність, швидкість звуку, показник заломлення, теплопровідність, електропровідність. Таким чином, наприклад, для швидкості звуку анізотропія - це таке явище, коли поперек кам`яної брили звукові хвилі поширюються з іншою швидкістю, ніж уздовж. В даному випадку це властивість допомагає визначити породи, що залягають в глибині земної кори. Природне поширення під час землетрусу, наприклад, або при спеціально створеному сильному ударі дасть уявлення про щільність і вугіллі залягання різних корисних копалин.

Чим обумовлена анізотропія?

При згадці про цей термін найчастіше мається на увазі анізотропія кристалів. Цим розділом займається фізика твердого тіла. І будь-який науковець з даної області перш за все знає: властивості речовини залежать не тільки від того, з яких атомів воно складається, але і в якому порядку і якими частинами між собою ці атоми з`єднані. І найголовніше: вони залежать від групи симетрії получающейся структури. Всього їх тридцять дві. Група симетрії показує, скільки і яких рухів треба зробити, щоб ті ж елементи наклалися один на одного і збіглися повністю. До цих дій відносяться: поворот навколо осі (на певний кут), відображення від площини або точки, інверсія. Група симетрії і показує, якою буде анізотропія кристалів. Речовини з кубічної структурою, наприклад, цією властивістю не володіють. Параметри таких твердих тіл однакові у всіх напрямках.

Який кут потрібен для анізотропії?

Відео: Легкий спосіб обґрунтувати те, що ваш ніж не є холодною зброєю

Вище ми навели приклад, коли поширення звуку неоднаково у взаємно поперечних напрямках. Це окремий випадок того, як проявляється анізотропія властивостей, який називається терміном "оротропія". Однак симетрія кристалів буває не тільки кубічної або ромбічної. Вона буває тригональной, коли повтор елементів структури відбувається при повороті на третину кола, або навіть гексагональної, тоді кут повороту дорівнює одній шостій кола. Симетрія нижчої категорії, моноклінна, дає можливість властивостям бути неоднаковими в кристалі в трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Таким чином, анізотропія - це якість кристалічних тіл, яке може проявлятися під будь-якими кутами як в одній площині, так і в обсязі.

Чи всі властивості повинні мати анізотропією?

Це питання закономірний. Якщо одна властивість в даному кристалі володіє анізотропією, чи повинні інші параметри наслідувати цей приклад? Не обов`язково. Візьмемо, наприклад, кристали, які використовуються в приладах нічного бачення. Вони здатні перетворювати невидимий інфрачервоний світло в видимий діапазон (найчастіше виходить картинка різних відтінків зеленого). У таких матеріалах анізотропія - це основна властивість, яке підходить для застосування і може бути корисно. Причому, щоб ефект був найкращим, кристали повинні бути повернені під певним кутом (для цього їх спеціально вирощують строго певним чином). В інших напрямках перетворення випромінювання менше або зовсім відсутній. При цьому теплопровідність, швидкість звуку або електродифузія в них поширюється рівномірно у всіх напрямках. Буває і так, що для одного властивості кут відмінності його характеристик один, а для іншого - інший. Але це вже зовсім екзотичні випадки.

Де ще буває анізотропія?

Відео: ЧОК

Коли людина чує "кристали", Зазвичай уявляє собі напівпрозорі стовпчики кварцу або аметисту. Деякі дівчата напевно думають про прикраси. Однак кристалічним може бути будь-яке тверде тіло. Вироби з заліза, алюмінію, міді, олова теж складаються з кристалів, тільки дуже маленьких. І в кожної такої речі на мікрорівні також спостерігається анізотропія металів. Однак властивості, які поширюються в перпендикулярних напрямках по-різному, вельми специфічні і в повсякденному житті непомітні. Наприклад, в кубічних кристалах заліза і алюмінію модулі пружності Юнга змінюються в залежності від обраної осі. А лінійне розширення олова в різних напрямках розрізняється майже в два рази. Однак такі подробиці, як правило, не потрібно враховувати кожен день. Адже анізотропія металів і її наслідки, як правило, закладаються в усі можливі їх застосування на стадії проектування речей, будівель, літаків, машин.

Як обчислити анизотропию?

Все написане вище, ми сподіваємося, досить ясно розповіло читачеві, що таке анізотропія. Однак виникає й інше запитання: як порахувати, наскільки різняться властивості уздовж незбіжних напрямків в твердих тілах? Для цього є коефіцієнт анізотропії. Відразу обмовимося, для кожної величини він обчислюється по-своєму. Показники, які відчувають анизотропию, можуть бути несхожі один на одного. Властивості механічної або квантової системи розрізняються кардинально, що прийнятно для одного, для іншого буде неможливо або зовсім неможливо. Тому говорити про якийсь загальному для будь-якої величини коефіцієнті не варто. До того ж найчастіше обчислити його чисто теоретично не представляється можливим, цю величину отримують тільки досвідченим шляхом. Коефіцієнт анізотропії включає співвідношення значень досліджуваної величини в різних напрямках. Іноді цей показник включає кут між обраними напрямками. Правда, найчастіше лише як показник біля основи значення величини. Наприклад, К_ху показує, що даний коефіцієнт відноситься до різниці значень фізичної величини уздовж осей ікс і ігрек.