Ισοτροπικό εναντίον Ανισότροπο – Ορισμός και Παραδείγματα
Ισότροπος και ανισότροπος είναι όροι που περιγράφουν εάν οι ιδιότητες των υλικών εξαρτώνται ή όχι από την κατεύθυνση. Όταν μια ιδιότητα είναι ίδια προς όλες τις κατευθύνσεις, το υλικό είναι ισότροπο . Όταν μια ιδιότητα ποικίλλει ανάλογα με την κατεύθυνση, το υλικό είναι ανισότροπο . Οι όροι προέρχονται από το ελληνικό isos (ίσο) και τροπός (τρόπος). Το an στο "ανισότροπο" σημαίνει "όχι".
Η ισοτροπία και η ανισοτροπία είναι σημαντικές στην επιστήμη των υλικών, την οπτική, την αστρονομία, τη χημεία, την κρυσταλλογραφία και μια σειρά από άλλους επιστημονικούς και μηχανικούς κλάδους. Οι ιδιότητες που είναι ισότροπες σε ορισμένα υλικά και ανισότροπες σε άλλα περιλαμβάνουν δείκτη διάθλασης, απορρόφηση, ηλεκτρική αγωγιμότητα, αντοχή σε εφελκυσμό, συντελεστή Young, κ.λπ.
Λάβετε υπόψη ότι ένα υλικό μπορεί να είναι ισότροπο για μια ιδιότητα, αλλά ανισότροπο για μια άλλη. Για παράδειγμα, ένα κομμάτι πολωμένου γυαλιού είναι ισότροπο για μηχανικές ιδιότητες, αλλά ανισότροπο για φιλτράρισμα φωτός. Επίσης, η κλίμακα είναι σημαντική. Για παράδειγμα, το σύμπαν είναι γενικά ισότροπο και ομοιογενές σε σχέση με την κοσμική ακτινοβολία μελανού σώματος, αλλά όταν εξετάζετε τις περιοχές πιο προσεκτικά, βλέπετε ετερογένεια και ανισοτροπία.
Παραδείγματα ισοτροπικών και ανισότροπων υλικών
Ένα ισότροπο υλικό έχει μια εσωτερική δομή που είναι ίδια από οποιαδήποτε κατεύθυνση. Άρα οι κυβικοί (ισομετρικοί) κρύσταλλοι και τα ομοιογενή άμορφα στερεά είναι ισότροπα. Ακολουθούν παραδείγματα ισοτροπικών υλικών:
- Γυαλί
- Τα περισσότερα πολυμερή (π.χ. πλαστικό)
- Μέταλλα (αν και πολλά είναι ανισότροπα για ορισμένες μηχανικές ιδιότητες, το βολφράμιο και το αλουμίνιο είναι σχεδόν ισότροπα)
- Κυβικοί κρύσταλλοι (διαμάντι, αλίτης, φθορίτης, γρανάτης, σπινέλιο)
Ένα ανισότροπο υλικό έχει δομή που είναι διαφορετική ανάλογα με τη γωνία. Οι μίσχοι των φυτών, οι περισσότεροι κρύσταλλοι και ορυκτά, τα πολυκρυσταλλικά υλικά και τα σύνθετα υλικά είναι ανισότροπα. Ακολουθούν παραδείγματα ανισότροπων υλικών:
- Ξύλο
- Σχιστόλιθος (και τα περισσότερα ιζηματογενή και μεταμορφωμένα πετρώματα)
- Πάγος
- Οι περισσότεροι κρύσταλλοι (τουρμαλίνη, χαλαζίας, βηρύλ, κορούνδιο)
- Οπλισμένο σκυρόδεμα
- Μυϊκές ίνες
- Οι μονοκρυστάλλοι νικελίου και χαλκού είναι παραδείγματα μετάλλων που είναι ανισότροπα ως προς τις μηχανικές ιδιότητες.
Ισοτροπικό και ανισότροπο vs ομοιογενές και ετερογενές
Η ισοτροπία και η ανισοτροπία διαφέρουν από την ομοιογένεια και την ετερογένεια. Μια ομοιογενής ουσία έχει ομοιόμορφη δομή παντού, ενώ ένα ετερογενές υλικό στερείται ομοιόμορφης σύνθεσης ή δομής. Ένας άλλος τρόπος να το δούμε είναι ότι μια ιδιότητα είναι ανεξάρτητη από τη θέση της μέσα σε μια ομοιογενή ουσία, αλλά εξαρτάται από τη θέση/τοποθεσία σε μια ετερογενή ουσία. Άρα, ένα υλικό μπορεί να είναι:
- Ισοτροπικό και ομοιογενές
- Ισοτροπικό και ετερογενές
- Ανισότροπο και ομοιογενές
- Ανισότροπο και ετερογενές
Για παράδειγμα, ένας κρύσταλλος άλατος (NaCl, αλίτης) είναι και ισότροπος και ομοιογενής. Ένας κρύσταλλος χαλαζία (SiO2 ) είναι ανισότροπο και ομοιογενές. Το σκυρόδεμα είναι ισότροπο, αλλά ετερογενές. Το ξύλο είναι ανισότροπο και ετερογενές.
Αναφορές
- Courtney, Thomas H. (2005). Μηχανική συμπεριφορά των υλικών (2η έκδ.). Waveland Press Inc. ISBN 978-1577664253.
- Newnham, Robert E. (2005). Ιδιότητες Υλικών:Ανισοτροπία, Συμετρία, Δομή (1η έκδ.). Oxford University Press. ISBN 978-0198520764.
- Nye, J.F. (1985). Φυσικές ιδιότητες των κρυστάλλων (1η έκδ.). Clarendon Press. ISBN:978-0198511656.
- Smoot G. F.; Gorenstein Μ. V.; Muller R. A. (1977). «Ανίχνευση ανισοτροπίας στην κοσμική ακτινοβολία μαύρου σώματος». Lawrence Berkeley Laboratory and Space Science Laboratory, University of California, Berkeley.
- Tian, Xiaojuan; Itkis, Mikhail E.; et al. (2013). «Ανισότροπες θερμικές και ηλεκτρικές ιδιότητες λεπτών στρωμάτων θερμικής διεπαφής σύνθετων υλικών με βάση νανοαιμοπεταλίων γραφίτη». Επιστημονικές αναφορές . 3:1710. doi:10.1038/srep01710
