Изотропи́я, изотро́пность (из др.-греч. «равный, одинаковый, подобный» + «направление, характер») — одинаковость физических свойств во всех направлениях, инвариантность, симметрия по отношению к выбору направления (в противоположность анизотропии; частный случай анизотропии — ортотропия).
Изотропная среда — такая область пространства, физические свойства которой (электрические, оптические и др.) не зависят от направления.
Например, показатель преломления оптически изотропной среды одинаков во всех направлениях.
Реальное пространство само по себе теоретически считается изотропным (хотя в рамках общей теории относительности и многих альтернативных современных теорий гравитации в это утверждение следует внести определённые коррективы, если присутствует гравитационное поле и нельзя ограничиться ньютоновским приближением, а с точки зрения квантовой теории поля, изотропию пространства — в малых областях и временно — могут нарушать квантовые флуктуации). Экспериментально изотропия физического пространства (с упомянутой оговоркой относительно гравитации) установлена с большой точностью, и нарушений её на сегодня неизвестно.
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 2 июля 2021 года; проверки требуют 2 правки.
Анизотропи́я (от др.-греч. — неравный и — направление) — различие свойств среды (например, физических: упругости, электропроводности, теплопроводности, показателя преломления, скорости звука или света и др.) в различных направлениях 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. — прямой и — направление) —
неодинаковость свойств среды по взаимно перпендикулярным направлениям.
Анизотропия является характерным свойством кристаллических тел. 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.
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.
Анизотропия свойственна жидким кристаллам, движущимся жидкостям (неньютоновским — особенно).
Анизотропией особого рода в масштабах всего кристалла или его областей обладают ферромагнетики и сегнетоэлектрики.
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 — особенность петель гистерезиса перемагничивания магнитных материалов, проявляющаяся в несимметричном расположении петли относительно оси ординат.
Анизотропия фильтрационных свойств
Для анизотропного вещества скаляры в, р, f заменяются соответствующими тензорами второго ранга.
Теплопроводность анизотропного вещества зависит от направления из данной точки и достигает экстремальных значений по трем взаимно ортогональным направлениям, называемым главными осями тепловой проводимости.
У анизотропных веществ величина диэлектрической проницаемости зависит от направления кристаллической оси, по которой производится измерение. Аморфные вещества обычно имеют более высокую величину диэлектрической проницаемости, чем кристаллические.
Для подробного ознакомления с медицинской и исследовательской техникой основных мировых производителей оптических систем и сопутствующего оборудования посетите наш каталог или свяжитесь с нашими специалистами и получите полную профессиональную консультацию по любым, имеющимся у Вас, вопросам.
В анизотропных веществах проводимость описывается тензором электропроводимости также и при отсутствии внешнего магнитного поля.
Кристаллом называется твердое, однородное, анизотропное вещество, ограниченное плоскими гранями, способными наращиваться. В этом определении указаны все три присущие кристаллу основные свойства: 1) анизотропность ( неодинаковость) или векториальность ( неодинаковость по разным направлениям) свойств.
У оптически анизотропных веществ, к которым относится большинство кристаллов ( кроме кристаллов кубической системы), наблюдается двойное лучепреломление — расщепление преломляющегося луча на два луча, распространяющихся с разными скоростями. При этом у так называемых одноосных кристаллов ( гексагональной, тетрагональной и тригональной систем) скорость распространения ( а следовательно, и показатель преломления) одного из лучей, называемого необыкновенным, зависит от его направления. В оптически двуосных кристаллах низкой симметрии ( ромбической, моноклинной и триклинной систем) скорость распространения обоих преломленных лучей зависит от направления. В данном случае индексы one относятся к обыкновенному и необыкновенному лучам, а индексы р, g и m обозначают соответственно наименьший, наибольший и промежуточный показатели в трех взаимно-перпендикулярных направлениях.
У оптически анизотропных веществ, к которым относится большинство кристаллов ( кроме кристаллов кубической системы), наблюдается двойное лучепреломление — расщепление преломляющегося луча на два луча, распространяющихся с разными скоростями. При этом у так называемых одноосных кристаллов ( гексагональной, тетрагональной и тригональной систем) скорость распространения ( а следовательно, и показатель преломления) одного из лучей, называемого необыкновенным, зависит от его направления. В оптически двуосных кристаллах низкой симметрии ( ромбической, моноклинной и триклинной систем) скорость распространения обоих преломленных лучей зависит от направления. В данном случае индексы о и е относятся к обыкновенному и необыкновенному лучам, а индексы р, g и от обозначают соответственно наименьший, наибольший и промежуточный показатели в трех взаимно.
У оптически анизотропных веществ, к которым относится большинство кристаллов ( кроме кристаллов кубической системы), наблюдается двойное лучепреломление — расщепление преломленного луча на два луча, распространяющихся с разными скоростями. При этом у так называемых одноосных кристаллов ( гексагональной, тетрагональной и тригональной систем) скорость распространения ( а следовательно, и показатель преломления) одного из лучей, называемого необыкновенным, зависит от его направления.
Промышленные графиты — кристаллические анизотропные вещества, свойства которых весьма отличаются от свойств монокристаллического графита.
Продукт обжига представляет собой анизотропное вещество с зернами неправильной формы, часто в виде осколков. Интенсивное удаление серного ангидрида на кривой ТВА начинается от температуры 620 С. Эта эндотермическая реакция ( пик около 770 С) заканчивается примерно при 800 С.
Весьма распространено исследование прозрачных анизотропных веществ путем наблюдения за поведением линейно поляризованного света, падающего на вещество. Чтобы не осложнять задачу, положим, что речь идет о кристаллической пластинке, вырезанной параллельно оптической оси. Эту пластинку помещают между николями.
Среди твердых тел распространены анизотропные вещества ( кристаллы, осадочные горные породы, слоистые и пиролитич.
В этом случае оптически анизотропные вещества при просмотре в скрещенных николях кажутся окрашенными в различные цвета. В результате отношение интенсивностей цветов будет иным, чем в белом свете, и кристалл кажется окрашенным.
Свойства форстеритовых титансодержащих огнеупоров.
Под изотропными дендритами расположено голубоватое анизотропное вещество в виде игольчатых кристаллов, вероятно, титанатов — продуктов взаимодействия ТЮз с поверхностью форстеритового сростка. При добавке 4 % ТЮ2 наблюдается образование дендритов в большем количестве при одновременном увеличении содержания магнетита, между тем магнезиоферрит почти не образуется.
Определение показателей преломления оптически анизотропных веществ широко используется для целей идентификации минералов. Способы измерения показателей преломления анизотропных кристаллов подробно излагаются в специальных курсах кристаллооптики и оптической минералогии.
Определение показателей преломления оптически анизотропных веществ широко используется для идентификации минералов.
Кроме того, в анизотропных веществах удельная электропроводность является функцией направления.
Для определения показателей преломления оптически анизотропных веществ также может быть применен иммерсионный метод.
Золь VaOs относится к оптически анизотропным веществам; при длительном стоянии из него выделяются субмикроскопические кристаллы стержевидной формы, что вызывает явление двойного лучепреломления. Оно проявляется в виде образования полос при встряхивании золя.
Для органических пигментов, являющихся анизотропными веществами, приведены два значения показателя преломления: в числителе — наименьший, в знаменателе — наибольший.
Дисперсия двупреломления наблюдается во всех анизотропных веществах, обладающих двупреломлением, но в большинстве минералов она настолько ничтожна, что мы ее не различаем.
Рассмотрим прохождение луча через пластину из анизотропного вещества, вырезанную косо по отношению к оптической оси.
Таким образом, если излучение проходит через анизотропное вещество, не вдоль его оптической оси, то входящий луч разделяется на два луча. Кристалл разделяет падающее излучение на лучи, распространяющиеся под различными углами, поскольку показатели их преломления неодинаковы. Это явление называется двойным лучепреломлением.
Как отмечалось ранее, в природе существуют анизотропные вещества, оптические свойства которых по различным направлениям различны.
Если толщина пластинки, вырезанной из такого анизотропного вещества параллельно оптич. На явлении дихроизма основано поляризующее действие кристаллов турмалина и поляризационных светофильтров.
Количественные характеристики механических, оптических, электрических, магнитных свойств анизотропных веществ зависят от направления измерения и меняются при повороте тела.
А — магнитная проницаемость вещества ( скаляр); в случае анизотропных веществ р является тензором II ранга.
Изотропными называются такие вещества, свойства которых одинаковы во всех направлениях, свойства анизотропных веществ различны, например, в про-дольном и поперечном направлениях.
Изотропными называются такие вещества, свойства которых одинаковы во всех направлениях, свойства анизотропных веществ различны, например, в продольном и поперечном направлениях.
В заключение объясним происхождение причудливых картин, возникающих при прохождении поляризованного света через плоскопараллельную пластинку из анизотропного вещества.
Опыт с ромбоэдром кальцита
Наиболее отчетливо двупреломление световых лучей проявляется у высокопрозрачной разновидности кальцита, называемой исландским шпатом.
Проведенные наблюдения позволяют сделать следующие выводы
Экран ниже столика
Рис. 7.16 Затемнение части зерна при различных показателях преломления.
Рис. 7.17 Вращение ромбоэдра кальцита над точкой. Заштрихованная точка выглядит менее четкой и кажется находящейся ниже.
Все большее разделение изображений при увеличении толщины ромбоэдра объясняется тем, что при отклонении луча возрастает длина его пути в кристалле.
Рис. 7.18 Наблюдение точки вдоль оптической оси кальцита.
Обыкновенный и необыкновенный луч
В опыте с ромбоэдром кальцита свет отражается от бумаги и проходит через лежащий на ней кристалл. Если при этом мы смотрим на ромбоэдр вертикально вниз, то попадающий к нам в глаз свет при своем прохождении снизу имеет нормальное падение по отношению к грани ромбоэдра. Рассматривая прохождение света из воздуха в изотропное вещество, мы видели, что при нормальном падении свет не преломляется, а просто замедляется; преломление происходит только при наклонном падении.
Однако свет, падающий по нормали на поверхность кальцита, распадается на два луча, только один из которых преломляется. Преломленные лучи называются необыкновенными (или е-лучами), а лучи, не испытавшие преломления, — обыкновенными (или о-лучами).
Направления лучей, волновой нормали и колебаний света
Направление распространения световой энергии (направление световых лучей) после преломления в анизотропном веществе не может в дальнейшем по-прежнему оставаться нормальным к фронту распространяющихся волн, которые образуют пучок света, т. е. совпадать по направлению с волновой нормалью. Работая с оптическими приборами, исследователь имеет дело как раз с направлением волновой нормали. Именно к скорости по этому направлению применим закон Снеллиуса.
Для минералогов более важен тот факт, что скорость света в направлении волновой нормали зависит не от направления этой нормали (или направления лучей), а от направления колебаний в световых волнах. Волны, распространяющиеся в кристалле в различных направлениях, обладают одинаковой скоростью в том случае, если направления их колебаний кристаллографически одинаковы. Поэтому мы настоятельно рекомендуем студентам при рассмотрении поведения света в кристаллах учитывать направление его колебаний, и вспоминать об этом, когда возникают трудности с определением направлений распространения света. Причины, определяющие значимость направления колебаний, можно понять, если вспомнить о величине электрического смещения у света, взаимодействующего с заряженными электронными облаками атомов во время его продвижения сквозь кристалл. Направление колебаний у света определяется характером и последовательностью расположения атомов, с которыми он сталкивается на своем пути.
