Anizotropie

Filamentarea de la o lampă cu plasmă indică natura anizotropă a plasmei.

Anisotropia este un termen folosit în diverse discipline științifice pentru a indica faptul că anumite proprietăți ale materiei (cum ar fi un material sau o radiație) variază în funcție de direcția din care sunt măsurate. De exemplu, dacă indicele de refracție sau densitatea unui material este diferit atunci când este măsurat de-a lungul unor axe diferite, se spune că acea proprietate este anizotropă. Anizotropia este opusul izotropiei, un termen utilizat atunci când proprietățile sunt aceleași atunci când sunt măsurate din orice direcție.

Investigarea proprietăților, fie că sunt izotrope sau anizotrope, poate furniza o mulțime de informații utile. De exemplu, trecerea anizotropă a radiației electromagnetice printr-un cristal poate ajuta la dezvăluirea structurii interne a cristalului. Utilizarea materialelor în proiectele de construcții beneficiază de cunoașterea rezistenței fiecărui material variază în funcție de orientarea sa. Anizotropiile detectate în radiația cosmică de fond cu microunde sprijină teoria Big Bang-ului pentru originea universului. Măsurarea anizotropiei în datele seismice poate furniza informații despre procesele interne ale Pământului și despre mineralogie. Anizotropia este, de asemenea, utilă în medicină, cum ar fi pentru imagistica cu ultrasunete.

Știința și ingineria materialelor

Conducția căldurii de către diverse materiale este în mod obișnuit anizotropă. Materialele utilizate pentru a transfera și expulza căldura de la sursa de căldură în electronică sunt adesea anizotrope. În schimb, unele materiale conduc căldura într-un mod care este izotrop – adică independent de orientarea spațială în jurul sursei de căldură.

Rigiditatea unui material este adesea anizotropă. Modulul Young (care măsoară rigiditatea) depinde de direcția de încărcare.

Multe cristale sunt anizotrope la lumină (anizotropie optică), prezentând proprietăți precum birefringența. Optica cristalină descrie propagarea luminii în cristale. O axă de anizotropie este definită ca fiind axa de-a lungul căreia izotropia este ruptă (sau o axă de simetrie, cum ar fi cea normală la straturile cristaline). Unele materiale au mai multe astfel de axe optice.

În materialele policristaline, anizotropia se poate datora anumitor modele de textură produse în timpul fabricării materialului. În cazul laminării, se produc „șiruri” de textură în direcția de laminare, ceea ce poate duce la proprietăți foarte diferite în direcția de laminare și în direcția transversală.

Câteva materiale, cum ar fi lemnul și materialele compozite ranforsate cu fibre, sunt foarte anizotrope, fiind mult mai puternice de-a lungul bobului/fibrelor decât de-a lungul acestora. Metalele și aliajele tind să fie mai izotrope, deși uneori pot prezenta un comportament anizotrop semnificativ. Acest lucru este deosebit de important în procese cum ar fi tragerea adâncă a metalelor.

Cosmologie

Această imagine, din datele colectate de sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), arată anizotropii extrem de mici în radiația cosmică de fond cu microunde.

Cosmologii folosesc termenul de anizotropie pentru a descrie mici fluctuații de temperatură în radiația cosmică de fond cu microunde. Natura acestei radiații susține teoria Big Bang pentru originea universului.

Fizică

În fizică, termenul de anizotropie poate fi aplicat în diverse cazuri. De exemplu, termenul poate fi folosit pentru a indica faptul că o plasmă are un câmp magnetic orientat într-o direcție preferată sau că plasma prezintă „filamentație”, ca în cazul fulgerelor sau al unei lămpi cu plasmă.

Un cristal lichid este un exemplu de lichid anizotrop. Un astfel de lichid are fluiditatea unui lichid normal, dar are și o ordonare structurală medie a moleculelor. Prin contrast, apa și cloroformul nu conțin nicio ordonare structurală a moleculelor lor.

Geologie

Anizotropia seismică este variația vitezei undelor seismice în funcție de direcție. Ea este un indicator al ordinii cu rază lungă de acțiune într-un material, în care caracteristicile mai mici decât lungimea de undă seismică (cum ar fi cristalele, fisurile, porii, straturile sau incluziunile) au o aliniere dominantă. O anizotropie seismică semnificativă a fost detectată în scoarța, mantaua și nucleul intern al Pământului. Măsurarea efectelor anizotropiei în datele seismice poate furniza informații importante despre procesele și mineralogia Pământului.

Formațiunile geologice cu straturi distincte de material sedimentar pot prezenta anizotropie electrică: Conductivitatea electrică într-o direcție (cum ar fi cea paralelă cu un strat) poate fi diferită de cea din altă direcție (cum ar fi cea perpendiculară pe strat). Această proprietate este utilizată de industria de explorare a gazelor și petrolului pentru a identifica nisipurile purtătoare de hidrocarburi în secvențe de nisip și șisturi. Activele de hidrocarburi purtătoare de nisip au o rezistivitate ridicată (conductivitate scăzută), în timp ce șisturile au o rezistivitate mai scăzută. Instrumentele de evaluare a formațiunilor măsoară această conductivitate/rezistivitate, iar rezultatele sunt folosite pentru a ajuta la găsirea puțurilor de petrol și gaze.

Grafica pe calculator

În domeniul graficii pe calculator, o suprafață anizotropă este o suprafață care își schimbă aspectul atunci când este rotită în jurul normalei sale geometrice, așa cum este cazul catifelei.

Filtrarea anizotropă (AF) este o metodă de îmbunătățire a calității imaginii texturilor de pe suprafețe care sunt îndepărtate și cu unghiuri abrupte față de punctul de vedere. Tehnicile mai vechi, cum ar fi filtrarea biliniară și triliniară, nu țineau cont de unghiul din care este privită o suprafață, ceea ce ducea la încețoșarea texturilor. Prin reducerea detaliilor într-o direcție mai mult decât în alta, aceste efecte pot fi reduse.

Filtrarea anizotropă în grafica pe calculator nu trebuie confundată cu un „filtru anizotropic chimic”, care este utilizat pentru filtrarea particulelor și are o semnificație diferită. Acest termen este folosit pentru a descrie un filtru cu spații interstițiale din ce în ce mai mici în direcția de filtrare, astfel încât particulele mai mari sunt filtrate înaintea celor mai mici. Acest tip de filtru are ca rezultat un debit mai mare și o filtrare mai eficientă.

Microfabricare

Procesele de microfabricare utilizează tehnici de gravură anizotropă (cum ar fi gravura cu ioni reactivi în profunzime) pentru a crea caracteristici microscopice bine definite cu un raport de aspect ridicat. Aceste caracteristici sunt utilizate în mod obișnuit în dispozitivele MEMS și microfluidice, unde anizotropia caracteristicilor este necesară pentru a conferi dispozitivului proprietățile optice, electrice sau fizice dorite.

Medicină

Anisotropia este, de asemenea, utilă pentru imagistica medicală cu ultrasunete. Atunci când se modifică unghiul transductorului, se poate constata că se schimbă ecogenitatea țesuturilor moi (cum ar fi tendoanele).

În imagistica tensorului de difuzie, modificările anizotropiei pot indica modificări de difuzie a apei în creier, în special în materia albă.

• Babuska, V., și M. Cara. 2001. Seismic Anisotropy in the Earth. Abordări moderne în geofizică. Dordrecht, Țările de Jos: Kluwer Academic. ISBN 0792313216

• Kocks, U.F., C.N. Tomé, and H.-R. Wenk. 2001. Textura și anizotropia. Ed. nouă. Cambridge, Marea Britanie: Cambridge University Press. ISBN 052179420X

• Newnham, Robert E. 2005. Properties of Materials: Anizotropie, simetrie, structură. New York: Oxford University Press. ISBN 019852020751

• Truszkowski, Wojciech. 2001. The Plastic Anisotropy in Single Crystals and Polycrystalline Metals (Anizotropia plastică în monocristale și metale policristaline). Dordrecht, Țările de Jos: Kluwer Academic. ISBN 0792368398

Toate linkurile recuperate la 22 martie 2016.

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