L’anisotropia è un termine usato in varie discipline scientifiche per indicare che certe proprietà della materia (come un materiale o una radiazione) variano con la direzione da cui sono misurate. Per esempio, se l’indice di rifrazione o la densità di un materiale è diverso se misurato lungo diversi assi, si dice che quella proprietà è anisotropa. L’anisotropia è l’opposto dell’isotropia, un termine usato quando le proprietà sono le stesse se misurate da qualsiasi direzione.
Lo studio delle proprietà, sia isotrope che anisotrope, può fornire molte informazioni utili. Per esempio, il passaggio anisotropo della radiazione elettromagnetica attraverso un cristallo può aiutare a rivelare la struttura interna del cristallo. L’uso dei materiali nei progetti di costruzione beneficia della conoscenza della forza di ogni materiale varia a seconda del suo orientamento. Le anisotropie rilevate nella radiazione cosmica di fondo a microonde supportano la teoria del Big Bang per l’origine dell’universo. La misura dell’anisotropia nei dati sismici può fornire informazioni sui processi interni della Terra e sulla mineralogia. L’anisotropia è anche utile in medicina, come per l’imaging a ultrasuoni.
Scienza e ingegneria dei materiali
La conduzione del calore da parte di vari materiali è comunemente anisotropa. I materiali utilizzati per trasferire ed espellere il calore dalla fonte di calore in elettronica sono spesso anisotropi. Al contrario, alcuni materiali conducono il calore in un modo che è isotropo, cioè indipendente dall’orientamento spaziale intorno alla fonte di calore.
La rigidità di un materiale è spesso anisotropa. Il modulo di Young (che misura la rigidità) dipende dalla direzione del carico.
Molti cristalli sono anisotropi alla luce (anisotropia ottica), esibendo proprietà come la birifrangenza. L’ottica dei cristalli descrive la propagazione della luce nei cristalli. Un asse di anisotropia è definito come l’asse lungo il quale l’isotropia è rotta (o un asse di simmetria, come la normale agli strati cristallini). Alcuni materiali hanno molteplici assi ottici di questo tipo.
Nei materiali policristallini, l’anisotropia può essere dovuta a certi modelli di struttura prodotti durante la fabbricazione del materiale. Nel caso della laminazione, “stringhe” di struttura sono prodotte nella direzione della laminazione, che può portare a proprietà molto diverse nella direzione di laminazione e in quella trasversale.
Alcuni materiali, come il legno e i compositi rinforzati con fibre, sono molto anisotropi, essendo molto più forti lungo la grana/fibra che attraverso di essa. I metalli e le leghe tendono ad essere più isotropi, anche se a volte possono mostrare un comportamento anisotropo significativo. Questo è particolarmente importante in processi come l’imbutitura dei metalli.
Cosmologia
I cosmologi usano il termine anisotropia per descrivere piccole fluttuazioni di temperatura nella radiazione cosmica di fondo a microonde. La natura di questa radiazione supporta la teoria del Big Bang per l’origine dell’universo.
Fisica
In fisica, il termine anisotropia può essere applicato in vari casi. Per esempio, il termine può essere usato per indicare che un plasma ha un campo magnetico orientato in una direzione preferita, o che il plasma mostra “filamentazione”, come nel caso di un fulmine o di una lampada al plasma.
Un cristallo liquido è un esempio di liquido anisotropo. Un tale liquido ha la fluidità di un liquido normale ma ha anche un ordinamento strutturale medio delle molecole. Al contrario, l’acqua e il cloroformio non contengono alcun ordinamento strutturale delle loro molecole.
Geologia
L’anisotropia sismica è la variazione della velocità delle onde sismiche con la direzione. È un indicatore di ordine a lungo raggio in un materiale, dove le caratteristiche più piccole della lunghezza d’onda sismica (come cristalli, crepe, pori, strati o inclusioni) hanno un allineamento dominante. Una significativa anisotropia sismica è stata rilevata nella crosta terrestre, nel mantello e nel nucleo interno. Misurare gli effetti dell’anisotropia nei dati sismici può fornire importanti informazioni sui processi e sulla mineralogia della Terra.
Le formazioni geologiche con strati distinti di materiale sedimentario possono mostrare anisotropia elettrica: La conduttività elettrica in una direzione (ad esempio parallela a uno strato) può essere diversa da quella in un’altra (ad esempio perpendicolare allo strato). Questa proprietà è usata dall’industria dell’esplorazione di gas e petrolio per identificare le sabbie contenenti idrocarburi in sequenze di sabbia e scisto. Le sabbie contenenti idrocarburi hanno un’alta resistività (bassa conduttività), mentre gli scisti hanno una resistività inferiore. Gli strumenti di valutazione della formazione misurano questa conduttività/resistività, e i risultati sono usati per aiutare a trovare pozzi di petrolio e gas.
Grafica computerizzata
Nel campo della computer grafica, una superficie anisotropa è una superficie che cambia aspetto quando viene ruotata intorno alla sua normale geometrica, come nel caso del velluto.
Il filtraggio anisotropico (AF) è un metodo per migliorare la qualità dell’immagine delle texture su superfici che sono lontane e fortemente angolate rispetto al punto di vista. Le tecniche più vecchie, come il filtraggio bilineare e trilineare, non tenevano conto dell’angolo da cui una superficie viene vista, risultando in una sfocatura delle texture. Riducendo i dettagli in una direzione più che in un’altra, questi effetti possono essere ridotti.
Il filtraggio anisotropico nella computer grafica non dovrebbe essere confuso con un “filtro chimico anisotropico”, che è usato per filtrare le particelle e ha un significato diverso. Questo termine è usato per descrivere un filtro con spazi interstiziali sempre più piccoli nella direzione della filtrazione, in modo che le particelle più grandi siano filtrate prima di quelle più piccole. Questo tipo di filtro ha come risultato un maggiore flusso e una filtrazione più efficiente.
Microfabbricazione
I processi di microfabbricazione usano tecniche di incisione anisotropa (come l’incisione ionica reattiva profonda) per creare caratteristiche microscopiche ben definite con un alto rapporto di aspetto. Queste caratteristiche sono comunemente usate nei MEMS e nei dispositivi microfluidici, dove l’anisotropia delle caratteristiche è necessaria per conferire al dispositivo le proprietà ottiche, elettriche o fisiche desiderate.
Medicina
L’anisotropia è anche utile per l’imaging medico a ultrasuoni. Quando l’angolo del trasduttore viene cambiato, l’ecogenicità dei tessuti molli (come i tendini) può cambiare.
Nell’imaging del tensore di diffusione, le alterazioni dell’anisotropia possono indicare cambiamenti di diffusione dell’acqua nel cervello, in particolare nella materia bianca.
- Babuska, V., e M. Cara. 2001. Anisotropia sismica nella Terra. Approcci moderni in geofisica. Dordrecht, Paesi Bassi: Kluwer Academic. ISBN 0792313216
- Kocks, U.F., C.N. Tomé, e H.-R. Wenk. 2001. Struttura e anisotropia. Nuova ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 052179420X
- Newnham, Robert E. 2005. Proprietà dei materiali: Anisotropia, Simmetria, Struttura. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751
- Truszkowski, Wojciech. 2001. L’anisotropia plastica in cristalli singoli e metalli policristallini. Dordrecht, Paesi Bassi: Kluwer Academic. ISBN 0792368398
Tutti i link recuperati il 22 marzo 2016.
- Wilkinson Microwave Anisotropy Probe NASA.
- Anisotropia e Isotropia NDT Resource Center.
Crediti
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- Storia dell’anisotropia
La storia di questo articolo da quando è stato importato nella New World Encyclopedia:
- Storia di “Anisotropia”
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