Anizotropie

Vlákna z plazmové lampy ukazují na anizotropní povahu plazmatu.

Anizotropie je termín používaný v různých vědních oborech, který označuje, že určité vlastnosti hmoty (například materiálu nebo záření) se mění podle směru, ze kterého jsou měřeny. Pokud se například index lomu nebo hustota materiálu liší při měření podél různých os, říká se, že tato vlastnost je anizotropní. Anizotropie je opakem izotropie, což je termín používaný v případě, kdy jsou vlastnosti stejné při měření z libovolného směru.

Zkoumání vlastností, ať už izotropních nebo anizotropních, může poskytnout mnoho užitečných informací. Například anizotropní průchod elektromagnetického záření krystalem může pomoci odhalit vnitřní strukturu krystalu. Při použití materiálů ve stavebních projektech je přínosem znalost toho, jak se pevnost jednotlivých materiálů mění v závislosti na jejich orientaci. Anizotropie zjištěná v záření kosmického mikrovlnného pozadí podporuje teorii velkého třesku o vzniku vesmíru. Měření anizotropie v seismických datech může poskytnout informace o vnitřních procesech a mineralogii Země. Anizotropie je užitečná také v medicíně, například při zobrazování ultrazvukem.

Materiálové vědy a inženýrství

Vedení tepla různými materiály je běžně anizotropní. Materiály používané k přenosu a odvodu tepla ze zdroje tepla v elektronice jsou často anizotropní. Naproti tomu některé materiály vedou teplo způsobem, který je izotropní – to znamená nezávislý na prostorové orientaci kolem zdroje tepla.

Tuhost materiálu je často anizotropní. Youngův modul (který měří tuhost) závisí na směru zatížení.

Mnohé krystaly jsou anizotropní vůči světlu (optická anizotropie) a vykazují vlastnosti, jako je dvojlom. Krystalová optika popisuje šíření světla v krystalech. Osa anizotropie je definována jako osa, podél které je izotropie porušena (nebo osa symetrie, například normála ke krystalickým vrstvám). Některé materiály mají takových optických os více.

U polykrystalických materiálů může být anizotropie způsobena určitými strukturovanými vzory, které vznikají při výrobě materiálu. V případě válcování se ve směru válcování vytvářejí „řetězce“ textury, což může vést k výrazně odlišným vlastnostem ve směru válcování a v příčném směru.

Některé materiály, například dřevo a kompozity vyztužené vlákny, jsou velmi anizotropní a jsou mnohem pevnější podél zrna/vlákna než napříč. Kovy a slitiny bývají spíše izotropní, i když někdy mohou vykazovat výrazné anizotropní chování. To je důležité zejména při procesech, jako je hluboké tažení kovů.

Kosmologie

Tento snímek z dat získaných sondou Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ukazuje extrémně malé anizotropie v záření kosmického mikrovlnného pozadí.

Kosmologové používají termín anizotropie pro popis malých teplotních fluktuací v záření kosmického mikrovlnného pozadí. Charakter tohoto záření podporuje teorii velkého třesku o vzniku vesmíru.

Fyzika

Ve fyzice lze termín anizotropie použít v různých případech. Termín lze například použít k označení toho, že plazma má magnetické pole orientované v preferovaném směru, nebo že plazma vykazuje „filamentaci“, jako v případě blesku nebo plazmové lampy.

Příkladem anizotropní kapaliny je kapalný krystal. Taková kapalina má tekutost normální kapaliny, ale má také průměrné strukturní uspořádání molekul. Naproti tomu voda a chloroform neobsahují žádné strukturní uspořádání svých molekul.

Geologie

Seismická anizotropie je změna rychlosti seismických vln se směrem. Je indikátorem uspořádání na dlouhé vzdálenosti v materiálu, kde prvky menší než seismická vlnová délka (například krystaly, trhliny, póry, vrstvy nebo inkluze) mají dominantní uspořádání. Významná seismická anizotropie byla zjištěna v zemské kůře, plášti a vnitřním jádře. Měření vlivu anizotropie v seismických datech může poskytnout důležité informace o procesech a mineralogii v Zemi.

Geologické útvary s výraznými vrstvami sedimentárního materiálu mohou vykazovat elektrickou anizotropii: Elektrická vodivost v jednom směru (například rovnoběžně s vrstvou) se může lišit od elektrické vodivosti v jiném směru (například kolmo k vrstvě). Tuto vlastnost využívá průmysl těžby plynu a ropy k identifikaci písků obsahujících uhlovodíky v sekvencích písků a břidlic. Uhlovodíky nesoucí písky mají vysoký odpor (nízkou vodivost), zatímco břidlice mají nižší odpor. Přístroje pro vyhodnocování formací měří tuto vodivost/odpor a výsledky se používají k vyhledávání ropných a plynových vrtů.

Počítačová grafika

V oblasti počítačové grafiky je anizotropní povrch takový, který mění svůj vzhled při otáčení kolem své geometrické normály, jako je tomu v případě sametu.

Anizotropní filtrování (AF) je metoda zlepšování kvality obrazu textur na površích, které jsou vzdálené a strmě skloněné vzhledem k bodu pohledu. Starší techniky, jako je bilineární a trilineární filtrování, nebraly v úvahu úhel, pod kterým je povrch sledován, což vedlo k rozmazání textur. Snížením detailů v jednom směru více než v jiném lze tyto efekty omezit.

Anizotropní filtrování v počítačové grafice by se nemělo zaměňovat s „chemickým anizotropním filtrem“, který se používá pro filtrování částic a má jiný význam. Tento termín se používá k popisu filtru se stále menšími meziprostory ve směru filtrace, takže větší částice jsou odfiltrovány dříve než ty menší. Tento typ filtru vede k většímu průtoku a účinnější filtraci.

Mikrofabrikace

Mikrofabrikační procesy využívají techniky anizotropního leptání (například hluboké reaktivní iontové leptání) k vytvoření dobře definovaných mikroskopických prvků s vysokým poměrem stran. Tyto prvky se běžně používají v MEMS a mikrofluidních zařízeních, kde je anizotropie prvků potřebná k tomu, aby zařízení získalo požadované optické, elektrické nebo fyzikální vlastnosti.

Medicína

Anizotropie je také užitečná pro lékařské ultrazvukové zobrazování. Při změně úhlu natočení snímače lze zjistit změnu echogenity měkkých tkání (např. šlach).

Při zobrazování pomocí tenzorů difuze mohou změny anizotropie indikovat změny difuze vody v mozku, zejména v bílé hmotě.

• Babuska, V. a M. Cara. 2001. Seismická anizotropie v Zemi. Moderní přístupy v geofyzice. Dordrecht, Nizozemsko: Kluwer Academic. ISBN 0792313216

• Kocks, U.F., C.N. Tomé, and H.-R. Wenk. 2001. Textura a anizotropie. Nové vydání. Cambridge, Velká Británie: Cambridge University Press. ISBN 052179420X

• Newnham, Robert E. 2005. Vlastnosti materiálů: Anisotropy, Symmetry, Structure: Anizotropie, symetrie, struktura. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751

• Truszkowski, Wojciech. 2001. Plastická anizotropie v monokrystalech a polykrystalických kovech. Dordrecht, Nizozemsko: Kluwer Academic. ISBN 0792368398

Všechny odkazy vyhledány 22. března 2016.

• Wilkinson Microwave Anisotropy Probe NASA.
• Anisotropy and Isotropy NDT Resource Center.

.