Введение, анизотропность - общие свойства кристаллов. Анизотропии свойств металлов

АНИЗОТРОПИЯ (anisotropia ; греческий anisos - неравный и tropos - направление) - неоднородность некоторых физических свойств вещества по различным направлениям.

Различают анизотропию оптическую, механическую и электрическую.

Оптическая анизотропия на уровне макромолекул наиболее отчетливо проявляется в дихроизме и гипохромном эффекте белков и нуклеиновых кислот. В основе оптической анизотропии макромолекул лежит упаковка их в упорядоченную спиральную конфигурацию. Характерной оптической анизотропией обладают мышечные волокна, внутри которых с помощью метода двойного лучепреломления (см.) выявляются так наз. анизотропные диски.

Механическая анизотропия характерна для элементов опорно-двигательного аппарата, в частности кости (см. Кость), и выражается в различной механической прочности костной ткани в продольном и поперечном направлениях. Механическую анизотропию кости можно наблюдать визуально с помощью прозрачной объемной пластмассовой модели при приложении к ней механического напряжения, сравнимого по величине и направлению с действующим на кость фактором в условиях организма (метод фотоупругости).

Электрическая анизотропия живых тканей определяется пассивными электрическими свойствами (электрическим сопротивлением и электрической емкостью) клеточных мембран. Наличие электрической анизотропии иллюстрируется тем фактом, что удельный электрический импеданс (см.) живой мышцы, измеренный в продольном направлении, значительно меньше поперечного. Объяснение заключается в том, что электрический ток пересекает различное количество мембран на единицу длины в зависимости от направления (продольного или поперечного). Электрическая анизотропия тканей используется в методе вектор-электрокардиографии.

Анизотропные свойства живых систем характерны для всех уровней структурной организации от биомакромолекул до целого организма.

Анизотропия может быть также естественной или искусственной. Естественную анизотропию обнаруживают некоторые структуры нормальных животных тканей(мышечные,коллагеновые,эластические волокна, кость,фибрин, холестерин и др.), дающие при исследовании в поляризованном свете двойное лучепреломление. Ряд веществ, появляющихся в патологических условиях (гиалин, амилоид и др.), также обладает свойством анизотропии и дихроизма.

Искусственная анизотропия возникает вследствие механических деформаций, химических воздействий и т. д.

Особое место в патологии занимает так называемое анизотропное ожирение - отложения в тканях холестерина или его соединений в результате нарушения липоидного (холестеринового) обмена. Вокруг таких отложений в соединительной ткани возникает специфическая реакция, подобная реакции на инородное тело.

В. В. Серов; В. Ф. Антонов (биофиз.).

Анизотропи́я (от греч. anisos - неравный и tropos - направление), зависимость свойств вещества от направления. Анизотропия характерна, например, для механических, оптических, магнитных, электрических и др. свойств кристаллов, т. к. обусловлена закономерностью и симметрией их внутреннего строения. (см. Неймана принцип , Симметрии принцип Кюри). Все кристаллы в отношении хотя бы некоторых своих свойств обязательно анизотропны. Анизотропия является следствием того, что в структуре кристалла в разных направлениях различны расстояния и силы связи между атомами и проявляется тем сильнее, чем ниже симметрия кристаллов.

Не все свойства в кристаллах анизотропны. Некоторые свойства, такие как, например, плотность и удельная теплоемкость, изотропны и не зависят от направления. Изотропные свойства описываются скалярными величинами. В то же время, многие свойства, например, теплопроводность , диэлектрическая восприимчивость , магнитная восприимчивость , показатель преломления света и др., существенно зависят от направления, по отношению к которому они определены, и описываются тензорными величинами. Если имеется зависимость свойств от направления, то для их описания, которое в общем случае зависит от ориентации системы координат, используют кристаллофизическую систему координат .

Наглядное описание анизотропии некоторых свойств дает построение указательных поверхностей , величина радиус-вектора которых соответствует значению измеряемого свойства в данном направлении.

Естественная анизотропия - наиболее характерная особенность кристаллов. Она проявляется в различии скоростей роста кристаллов в разных направлениях. Именно поэтому кристаллы вырастают в виде правильных многогранников: шестиугольные призмы кварца, кубики каменной соли, восьмиугольные кристаллы алмаза, разнообразные, но всегда шестиугольные звёздочки снежинок. В случае изотропности скорости роста, кристалл вырастал бы в форме шара.

Механическая анизотропия состоит в различии механических свойств - прочности, твердости, вязкости, упругости - в разных направлениях. Количественно упругую анизотропию оценивают по максимальному различию модулей упругости. Проявлением анизотропии механических свойств являются особенности пластической деформации кристаллов. Кристалл деформируется не по направлению действующей силы, а только в некоторых кристаллографических плоскостях по определенным кристаллографическим направлениям, зависящим от структуры кристалла. Как правило, плоскостями и направлениями скольжения служат плоскости и направления плотнейшей упаковки .

При распространении света в прозрачных кристаллах (кроме кристаллов с кубической решеткой) свет испытывает двойное лучепреломление и поляризуется различно в разных направлениях (см. оптическая анизотропия). Скорость распространения света в кристалле или показатель преломления кристалла различны в различных направлениях. Искусственная оптическая анизотропия возникает в кристаллах и в изотропных средах в результате внешнего воздействия.

Поликристаллы , состоящие из множества кристаллических зерен (кристаллитов), ориентированных произвольно, в целом изотропны или почти изотропны. В результате внешних воздействий (механической обработки или отжига) может быть искусственно вызвана анизотропия свойств поликристаллического материала, которая проявляется в том случае, когда в результате обработки в нём создается преимущественная ориентация отдельных кристаллитов в каком-либо направлении (

Анизотропия наблюдается также и в определенных некристаллических веществах, у которых существует естественная или искусственная текстура (древесина и т. п.). В ботанике анизотропией называется способность разных органов одного и того же растения принимать различные положения при одинаковых воздействиях факторов внешней среды.

, показателя преломления , скорости звука или света и др.) по различным направлениям внутри этой среды; в противоположность изотропии .

В отношении одних свойств среда может быть изотропна , а в отношении других - анизотропна ; степень анизотропии также может различаться.

Частный случай анизотропии - ортотропия (от др.-греч. ὀρθός - прямой и τρόπος - направление) - неодинаковость свойств среды по взаимно перпендикулярным направлениям.

Примеры

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее - лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей - кубической симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Причиной анизотропности кристаллов является то, что при упорядоченном расположении атомов, молекул или ионов силы взаимодействия между ними и межатомные расстояния (а также некоторые не связанные с ними прямо величины, например, поляризуемость или электропроводность) оказываются неодинаковыми по различным направлениям. Причиной анизотропии молекулярного кристалла может быть также асимметрия его молекул. Макроскопически эта неодинаковость проявляется, как правило, лишь если кристаллическая структура не слишком симметрична.

Помимо кристаллов, естественная анизотропия - характерная особенность многих материалов биологического происхождения, например, деревянных брусков.

Во многих случаях анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т.д.). В ряде случаев анизотропия среды может в какой-то степени (а в некоторой слабой степени - часто) сохраняться после исчезновения вызвавшего ее внешнего воздействия.

Обменная анизотропия

Обменная анизотропия - особенность петель гистерезиса перемагничивания магнитных материалов, проявляющаяся в несимметричном расположении петли относительно оси ординат .

Анизотропия времени

Выражается в существовании необратимых процессов.

Философская и естественнонаучная проблема, исторически связанная с началами термодинамики и понятием энтропии .

В классической механике время является абсолютной величиной; законы Ньютона инвариантны по отношению к направлению времени.

также см. Направленность времени .

Примечания

См. также

Ссылки

1. Физическая энциклопедия, под ред. Прохорова А.М., 1988, Москва,"Советская энциклопедия", том 1, стр 83

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Анизотропия" в других словарях:

Анизотропия … Орфографический словарь-справочник

Анизотропия - – жбк. неодинаковость свойств (механических) по разным направлениям. [СНиП 2.03.01 84] Анизотропия – неодинаковость физических свойств материала или вещества по различным направлениям. [Терминологический словарь по строительству на 12 … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Современная энциклопедия

Анизотропия - (от греческого anisos неравный и tropos направление), характеристика физического тела, заключающаяся в том, что различные его свойства (например, механические, электрические, магнитные) в разных направлениях проявляются количественно неодинаково … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (от греч. anisos неравный и tropos направление) зависимость свойств среды от направления. Анизотропия характерна, напр., для механических, оптических, магнитных, электрических и др. свойств кристаллов … Большой Энциклопедический словарь

Разл. значение физ. свойств г. п. и м лов по разным направлениям; характерна для слоистых г. п., а также для п. с неравномерной структурой, при условии, что чередующиеся слои или зерна м лов имеют разл. физ. свойства. А. м лов обусловливается… … Геологическая энциклопедия

- (от греч. anisos неравный и tropos направление), зависимость физ. св в (механич., оптич., магн., электрич. и т. д.) в ва от направления. Естеств. А. характерная особенность кристаллов; напр.. пластинка слюды легко расщепляется на тонкие листочки… … Физическая энциклопедия

анизотропия - Неодинаковость физических свойств материала или вещества по различным направлениям [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] анизотропия Неравномерность плотности материала мембраны в её поверхностном… … Справочник технического переводчика

- (от греч. anisos неравный и tropos направление) в ботанике, способность разных органов одного и того же растения принимать разл. положения при одинаковом воздействии факторов внеш. среды. Напр, при одностороннем освещении растений, верхушки… … Биологический энциклопедический словарь

Сущ., кол во синонимов: 3 анизотропность (1) макроанизотропия (1) неод … Словарь синонимов

Анизотропия - Анизотропия: неодинаковость свойств среды по различным направлениям внутри этой среды...

(например, физических : упругости , электропроводности , теплопроводности , показателя преломления , скорости звука или света и др.) в различных направлениях внутри этой среды; в противоположность изотропии .

Примеры

Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел (точнее, лишь тех, кристаллическая решетка которых не обладает высшей - кубической - симметрией). При этом свойство анизотропии в простейшем виде проявляется только у монокристаллов. У поликристаллов анизотропия тела в целом (макроскопически) может не проявляться вследствие беспорядочной ориентировки микрокристаллов, или даже совсем не проявляется, за исключением случаев специальных условий кристаллизации, специальной обработки и т. п.

Во многих случаях анизотропия может быть следствием внешнего воздействия (например, механической деформации, воздействия электрического или магнитного поля и т. д.). В ряде случаев анизотропия среды может в какой-то степени (а в некоторой слабой степени - часто) сохраняться после исчезновения вызвавшего её внешнего воздействия.

Обменная анизотропия

Анизотропия времени

Выражается в существовании необратимых процессов.
Философская и естественнонаучная проблема, исторически связанная с началами термодинамики и понятием энтропии .
В классической механике время является абсолютной величиной; законы Ньютона инвариантны по отношению к направлению времени.

Напишите отзыв о статье "Анизотропия"

Примечания

См. также

Ссылки

1. Физическая энциклопедия / под ред. Прохорова А. М. - М.: Советская энциклопедия, 1988. - Т. I. - С. 83.

Отрывок, характеризующий Анизотропия

– Нет, Лазареву то какое счастье! 10 франков пожизненного пенсиона.
– Вот так шапка, ребята! – кричал преображенец, надевая мохнатую шапку француза.
– Чудо как хорошо, прелесть!
– Ты слышал отзыв? – сказал гвардейский офицер другому. Третьего дня было Napoleon, France, bravoure; [Наполеон, Франция, храбрость;] вчера Alexandre, Russie, grandeur; [Александр, Россия, величие;] один день наш государь дает отзыв, а другой день Наполеон. Завтра государь пошлет Георгия самому храброму из французских гвардейцев. Нельзя же! Должен ответить тем же.
Борис с своим товарищем Жилинским тоже пришел посмотреть на банкет преображенцев. Возвращаясь назад, Борис заметил Ростова, который стоял у угла дома.
– Ростов! здравствуй; мы и не видались, – сказал он ему, и не мог удержаться, чтобы не спросить у него, что с ним сделалось: так странно мрачно и расстроено было лицо Ростова.
– Ничего, ничего, – отвечал Ростов.
– Ты зайдешь?
– Да, зайду.
Ростов долго стоял у угла, издалека глядя на пирующих. В уме его происходила мучительная работа, которую он никак не мог довести до конца. В душе поднимались страшные сомнения. То ему вспоминался Денисов с своим изменившимся выражением, с своей покорностью и весь госпиталь с этими оторванными руками и ногами, с этой грязью и болезнями. Ему так живо казалось, что он теперь чувствует этот больничный запах мертвого тела, что он оглядывался, чтобы понять, откуда мог происходить этот запах. То ему вспоминался этот самодовольный Бонапарте с своей белой ручкой, который был теперь император, которого любит и уважает император Александр. Для чего же оторванные руки, ноги, убитые люди? То вспоминался ему награжденный Лазарев и Денисов, наказанный и непрощенный. Он заставал себя на таких странных мыслях, что пугался их.
Запах еды преображенцев и голод вызвали его из этого состояния: надо было поесть что нибудь, прежде чем уехать. Он пошел к гостинице, которую видел утром. В гостинице он застал так много народу, офицеров, так же как и он приехавших в статских платьях, что он насилу добился обеда. Два офицера одной с ним дивизии присоединились к нему. Разговор естественно зашел о мире. Офицеры, товарищи Ростова, как и большая часть армии, были недовольны миром, заключенным после Фридланда. Говорили, что еще бы подержаться, Наполеон бы пропал, что у него в войсках ни сухарей, ни зарядов уж не было. Николай молча ел и преимущественно пил. Он выпил один две бутылки вина. Внутренняя поднявшаяся в нем работа, не разрешаясь, всё также томила его. Он боялся предаваться своим мыслям и не мог отстать от них. Вдруг на слова одного из офицеров, что обидно смотреть на французов, Ростов начал кричать с горячностью, ничем не оправданною, и потому очень удивившею офицеров.
– И как вы можете судить, что было бы лучше! – закричал он с лицом, вдруг налившимся кровью. – Как вы можете судить о поступках государя, какое мы имеем право рассуждать?! Мы не можем понять ни цели, ни поступков государя!
– Да я ни слова не говорил о государе, – оправдывался офицер, не могший иначе как тем, что Ростов пьян, объяснить себе его вспыльчивости.
Но Ростов не слушал.
– Мы не чиновники дипломатические, а мы солдаты и больше ничего, – продолжал он. – Умирать велят нам – так умирать. А коли наказывают, так значит – виноват; не нам судить. Угодно государю императору признать Бонапарте императором и заключить с ним союз – значит так надо. А то, коли бы мы стали обо всем судить да рассуждать, так этак ничего святого не останется. Этак мы скажем, что ни Бога нет, ничего нет, – ударяя по столу кричал Николай, весьма некстати, по понятиям своих собеседников, но весьма последовательно по ходу своих мыслей.

Данная статья рассказывает, что анизотропия - это неравенство значений некоей физической величины вдоль различных направлений твердого тела. Раскрывает, что вызывает анизотропию, где она встречается, как применяется. Также вкратце дано описание коэффициента анизотропии.

Определение анизотропии

Для начала дадим определение этого понятия. Анизотропия - это различие свойств и параметров объекта в разных направлениях. Получается слегка непонятно и явно требует пояснения. Под свойствами понимаются любые характеристики веществ - упругость, скорость звука, теплопроводность, электропроводность. Таким образом, например, для скорости звука анизотропия - это такое явление, когда поперек каменной глыбы звуковые волны распространяются с другой скоростью, чем вдоль. В данном случае это свойство помогает определить породы, залегающие в глубине земной коры. Естественное распространение при землетрясении, например, или при специально созданном сильном ударе даст представление о плотности и угле залегания разных полезных ископаемых.

Чем обусловлена анизотропия?

При упоминании этого термина чаще всего имеется в виду анизотропия кристаллов. Этим разделом занимается физика твердого тела. И любой ученый из данной области прежде всего знает: зависят не только от того, из каких атомов оно состоит, но и в каком порядке и какими частями между собой эти атомы соединены. И самое главное: они зависят от группы симметрии получающейся структуры. Всего их тридцать две. Группа симметрии показывает, сколько и каких движений надо совершить, чтобы те же элементы наложились друг на друга и совпали полностью. К этим действиям относятся: поворот вокруг оси (на определенный угол), отражение от плоскости или точки, инверсия. Группа симметрии и показывает, какой будет анизотропия кристаллов. Вещества с кубической структурой, например, этим свойством не обладают. Параметры таких твердых тел одинаковы во всех направлениях.

Какой угол нужен для анизотропии?

Выше мы привели пример, когда распространение звука неодинаково во взаимно поперечных направлениях. Это частный случай того, как проявляется анизотропия свойств, который называется термином "оротропия". Однако симметрия кристаллов бывает не только кубической или ромбической. Она бывает тригональной, когда повтор элементов структуры происходит при повороте на треть круга, или даже гексагональной, тогда угол поворота равняется одной шестой круга. Симметрия низшей категории, моноклинная, дает возможность свойствам быть неодинаковыми в кристалле в трех взаимно не перпендикулярных направлениях. Таким образом, анизотропия - это качество которое может проявляться под любыми углами как в одной плоскости, так и в объеме.

Все ли свойства должны обладать анизотропией?

Этот вопрос закономерен. Если одно свойство в данном кристалле обладает анизотропией, должны ли другие параметры следовать этому примеру? Необязательно. Возьмем, например, кристаллы, которые используются в приборах ночного видения. Они способны превращать невидимый инфракрасный свет в видимый диапазон (чаще всего получается картинка разных оттенков зеленого). В таких материалах анизотропия - это основное свойство, которое подходит для применения и может быть полезно. Причем, чтобы эффект был наилучшим, кристаллы должны быть повернуты под определенным углом (для этого их специально выращивают строго определенным образом). В других направлениях преобразование излучения меньше или совсем отсутствует. При этом теплопроводность, или электродиффузия в них распространяется равномерно во всех направлениях. Бывает и так, что для одного свойства угол различия его характеристик один, а для другого - другой. Но это уже совсем экзотические случаи.

Где еще бывает анизотропия?

Когда человек слышит «кристаллы», обычно представляет себе полупрозрачные столбики кварца или аметиста. Некоторые девушки наверняка думают об украшениях. Однако кристаллическим может быть любое твердое тело. Изделия из железа, алюминия, меди, олова тоже состоят из кристаллов, только очень маленьких. И в каждой такой вещи на микроуровне также наблюдается анизотропия металлов. Однако свойства, которые распространяются в перпендикулярных направлениях по-разному, весьма специфические и в повседневной жизни незаметны. Например, в кубических кристаллах железа и алюминия Юнга меняются в зависимости от выбранной оси. А линейное расширение олова в разных направлениях различается почти в два раза. Однако такие подробности, как правило, не требуется учитывать каждый день. Ведь анизотропия металлов и её последствия, как правило, закладываются во все возможные их применения на стадии проектирования вещей, зданий, самолетов, машин.

Как вычислить анизотропию?

Все написанное выше, мы надеемся, достаточно ясно рассказало читателю, что такое анизотропия. Однако возникает и другой вопрос: как посчитать, насколько различаются свойства вдоль несовпадающих направлений в твердых телах? Для этого есть коэффициент анизотропии. Сразу оговоримся, для каждой величины он вычисляется по-своему. Показатели, испытывающие анизотропию, могут быть непохожи друг на друга. Свойства механической или квантовой системы различаются кардинально, что приемлемо для одной, для другой будет невыполнимо или вовсе невозможно. Поэтому говорить о некоем общем для любой величины коэффициенте не стоит. К тому же чаще всего вычислить его чисто теоретически не представляется возможным, эту величину получают только опытным путем. Коэффициент анизотропии включает соотношение значений исследуемой величины в разных направлениях. Иногда этот показатель включает угол между выбранными направлениями. Правда, чаще всего лишь как показатель у основания значения величины. Например, К ху показывает, что данный коэффициент относится к разнице значений физической величины вдоль осей икс и игрек.