Anizotropia

Żarnik z lampy plazmowej wskazuje na anizotropową naturę plazmy.

Anizotropia jest terminem używanym w różnych dyscyplinach naukowych w celu wskazania, że pewne właściwości materii (takie jak materiał lub promieniowanie) różnią się w zależności od kierunku, z którego są mierzone. Na przykład, jeśli współczynnik załamania światła lub gęstość materiału jest inny, gdy mierzone wzdłuż różnych osi, że właściwość jest powiedział, że jest anizotropowy. Anizotropia jest przeciwieństwem izotropii, termin używany, gdy właściwości są takie same, gdy mierzone z dowolnego kierunku.

Badanie właściwości, czy izotropowe lub anizotropowe, może dostarczyć wielu przydatnych informacji. Na przykład, anizotropowe przejście promieniowania elektromagnetycznego przez kryształ może pomóc ujawnić wewnętrzną strukturę kryształu. Wykorzystanie materiałów w projektach budowlanych korzysta z wiedzy o tym, że wytrzymałość każdego materiału różni się w zależności od jego orientacji. Anizotropia wykryta w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła wspiera teorię Wielkiego Wybuchu na temat pochodzenia wszechświata. Pomiar anizotropii w danych sejsmicznych może dostarczyć informacji na temat procesów wewnętrznych i mineralogii Ziemi. Anizotropia jest również przydatna w medycynie, np. w obrazowaniu ultradźwiękowym.

Materiałoznawstwo i inżynieria

Przewodzenie ciepła przez różne materiały jest powszechnie anizotropowe. Materiały używane do przenoszenia i wydalania ciepła ze źródła ciepła w elektronice są często anizotropowe. W przeciwieństwie do tego, niektóre materiały przewodzą ciepło w sposób, który jest izotropowy, czyli niezależne od orientacji przestrzennej wokół źródła ciepła.

Sztywność materiału jest często anizotropowe. Moduł Younga (który mierzy sztywność) zależy od kierunku obciążenia.

Wiele kryształów jest anizotropowych do światła (anizotropia optyczna), wykazując właściwości, takie jak birefringence. Optyka kryształów opisuje propagację światła w kryształach. Oś anizotropii jest definiowana jako oś, wzdłuż której następuje przerwanie izotropii (lub oś symetrii, np. normalna do warstw krystalicznych). Niektóre materiały mają wiele takich osi optycznych.

W materiałach polikrystalicznych, anizotropia może być spowodowana pewnymi wzorami tekstury wytwarzanymi podczas produkcji materiału. W przypadku walcowania, „pasma” tekstury są produkowane w kierunku walcowania, co może prowadzić do bardzo różnych właściwości w kierunku walcowania i poprzecznym.

Niektóre materiały, takie jak drewno i kompozyty wzmocnione włóknami, są bardzo anizotropowe, są znacznie silniejsze wzdłuż ziarna/włókien niż w poprzek. Metale i stopy mają tendencję do być bardziej izotropowe, choć mogą one czasami wykazują znaczne zachowanie anizotropowe. Jest to szczególnie ważne w procesach takich jak głębokie tłoczenie metali.

Kosmologia

Ten obraz, z danych zebranych przez sondę Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), pokazuje niezwykle drobne anizotropie w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła.

Kosmolodzy używają terminu anizotropia do opisania małych fluktuacji temperatury w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła. Charakter tego promieniowania wspiera teorię Wielkiego Wybuchu dla pochodzenia wszechświata.

Fizyka

W fizyce, termin anizotropia może być stosowany w różnych przypadkach. Na przykład, termin ten może być stosowany do wskazania, że plazma ma pole magnetyczne zorientowane w preferowanym kierunku, lub że plazma wykazuje „żarnik”, jak w przypadku błyskawicy lub lampy plazmowej.

Ciekły kryształ jest przykładem cieczy anizotropowej. Taka ciecz ma płynność normalnej cieczy, ale również ma średnią strukturalne uporządkowanie cząsteczek. W przeciwieństwie do tego, woda i chloroform nie zawierają żadnego strukturalnego uporządkowania ich cząsteczek.

Geologia

Anizotropia sejsmiczna jest zmianą prędkości fali sejsmicznej z kierunkiem. Jest to wskaźnik uporządkowania dalekiego zasięgu w materiale, w którym cechy mniejsze niż długość fali sejsmicznej (takie jak kryształy, pęknięcia, pory, warstwy lub inkluzje) mają dominujące ułożenie. Znacząca anizotropia sejsmiczna została wykryta w skorupie ziemskiej, płaszczu i jądrze wewnętrznym Ziemi. Pomiar efektów anizotropii w danych sejsmicznych może dostarczyć ważnych informacji o procesach i mineralogii w Ziemi.

Formacje geologiczne z wyraźnymi warstwami materiału osadowego mogą wykazywać anizotropię elektryczną: Przewodność elektryczna w jednym kierunku (np. równolegle do warstwy) może być inna niż w innym (np. prostopadle do warstwy). Właściwość ta jest wykorzystywana przez przemysł poszukiwań gazu i ropy naftowej do identyfikacji piasków zawierających węglowodory w sekwencjach piasków i łupków. Piaszczyste zasoby węglowodorów mają wysoką rezystywność (niską przewodność), podczas gdy łupki mają niższą rezystywność. Instrumenty oceny formacji mierzą tę przewodność/rezystywność, a wyniki są wykorzystywane do pomocy w znalezieniu szybów naftowych i gazowych.

Grafika komputerowa

W dziedzinie grafiki komputerowej, powierzchnia anizotropowa to taka, która zmienia wygląd po obróceniu wokół jej geometrycznej normalnej, tak jak w przypadku aksamitu.

Filtrowanie anizotropowe (AF) jest metodą poprawy jakości obrazu tekstur na powierzchniach, które są odległe i stromo nachylone w stosunku do punktu widzenia. Starsze techniki, takie jak filtrowanie bilinearne i trilinearne, nie uwzględniały kąta, pod jakim oglądana jest powierzchnia, co powodowało rozmycie tekstur. Poprzez redukcję szczegółów w jednym kierunku bardziej niż w innym, efekty te mogą być zredukowane.

Filtrowanie anizotropowe w grafice komputerowej nie powinno być mylone z „chemicznym filtrem anizotropowym”, który jest używany do filtrowania cząsteczek i ma inne znaczenie. Termin ten jest używany do opisania filtra z coraz mniejszymi przestrzeniami międzywęzłowymi w kierunku filtracji, tak że większe cząsteczki są odfiltrowywane przed mniejszymi. Ten typ filtra powoduje większy przepływ i bardziej wydajną filtrację.

Mikrofabrykacja

Procesy mikrofabrykacji wykorzystują techniki anizotropowego wytrawiania (takie jak głębokie reaktywne trawienie jonowe) do tworzenia dobrze zdefiniowanych mikroskopijnych elementów o wysokim współczynniku kształtu. Cechy te są powszechnie stosowane w MEMS i urządzeniach mikrofluidycznych, gdzie anizotropia cech jest potrzebna do nadania pożądanych właściwości optycznych, elektrycznych lub fizycznych do urządzenia.

Medycyna

Anizotropia jest również przydatna w obrazowaniu medycznym ultradźwięków. Gdy zmienia się kąt ustawienia przetwornika, można stwierdzić zmianę echogeniczności tkanek miękkich (takich jak ścięgna).

W obrazowaniu tensora dyfuzji, zmiany anizotropii mogą wskazywać na zmiany dyfuzji wody w mózgu, szczególnie w istocie białej.

• Babuska, V., and M. Cara. 2001. Seismic Anisotropy in the Earth. Modern Approaches in Geophysics. Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic. ISBN 0792313216

• Kocks, U.F., C.N. Tomé, and H.-R. Wenk. 2001. Texture and Anisotropy. New Ed ed. Cambridge, UK: Cambridge University Press. ISBN 052179420X

• Newnham, Robert E. 2005. Properties of Materials: Anisotropy, Symmetry, Structure. New York: Oxford University Press. ISBN 0198520751

• Truszkowski, Wojciech. 2001. The Plastic Anisotropy in Single Crystals and Polycrystalline Metals. Dordrecht, the Netherlands: Kluwer Academic. ISBN 0792368398

All links retrieved March 22, 2016.

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

.