De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a navegación Saltar a búsqueda

Imagen WMAP de las anisotropías (extremadamente pequeñas) en la radiación cósmica de fondo

Anisotropía ( / ˌ æ n . Ə -, ˌ æ n . s ɒ t r . Ə p . I / ) es la propiedad de un material que permite que se cambie o asuma diferentes propiedades en diferentes direcciones en lugar de isotropía . Puede definirse como una diferencia, cuando se mide a lo largo de diferentes ejes, en las propiedades físicas o mecánicas de un material ( absorbancia , índice de refracción , conductividad ,resistencia a la tracción , etc.)

Un ejemplo de anisotropía es la luz que entra a través de un polarizador . Otro es la madera , que es más fácil de partir a lo largo de su fibra que a lo largo de ella.

Campos de interés [ editar ]

Gráficos por computadora [ editar ]

En el campo de los gráficos por computadora , una superficie anisotrópica cambia de apariencia a medida que gira alrededor de su normal geométrica , como es el caso del terciopelo .

El filtrado anisotrópico (AF) es un método para mejorar la calidad de imagen de las texturas en superficies que están lejos y con un ángulo pronunciado con respecto al punto de vista. Las técnicas más antiguas, como el filtrado bilineal y trilineal , no tienen en cuenta el ángulo desde el que se ve una superficie, lo que puede dar como resultado un alias o un desenfoque de las texturas. Al reducir los detalles en una dirección más que en otra, estos efectos se pueden reducir.

Química [ editar ]

Un filtro químico anisotrópico , como se usa para filtrar partículas, es un filtro con espacios intersticiales cada vez más pequeños en la dirección de la filtración, de modo que las regiones proximales filtran las partículas más grandes y las regiones distales eliminan cada vez más las partículas más pequeñas, lo que resulta en un mayor flujo y más eficiente. filtración.

En la espectroscopia de RMN , la orientación de los núcleos con respecto al campo magnético aplicado determina su desplazamiento químico . En este contexto, los sistemas anisotrópicos se refieren a la distribución de electrones de moléculas con una densidad de electrones anormalmente alta, como el sistema pi del benceno . Esta densidad de electrones anormal afecta el campo magnético aplicado y hace que cambie el desplazamiento químico observado.

En la espectroscopia de fluorescencia , la anisotropía de fluorescencia , calculada a partir de las propiedades de polarización de la fluorescencia a partir de muestras excitadas con luz polarizada plana, se usa, por ejemplo, para determinar la forma de una macromolécula. Las mediciones de anisotropía revelan el desplazamiento angular promedio del fluoróforo que ocurre entre la absorción y la posterior emisión de un fotón.

Imágenes del mundo real [ editar ]

Las imágenes de un entorno ligado a la gravedad o creado por el hombre son particularmente anisotrópicas en el dominio de la orientación, con más estructura de imagen ubicada en orientaciones paralelas u ortogonales a la dirección de la gravedad (vertical y horizontal).

Física [ editar ]

Una lámpara de plasma que muestra la naturaleza de los plasmas , en este caso, el fenómeno de la "filamentación".

Físicos de la Universidad de California, Berkeley informaron sobre su detección de anisotropía coseno en radiación de fondo de microondas cósmico en 1977. Su experimento demostró el cambio Doppler causado por el movimiento de la tierra con respecto a la materia del Universo temprano , la fuente de radiación. [1] También se ha observado anisotropía cósmica en la alineación de los ejes de rotación de las galaxias y los ángulos de polarización de los cuásares.

Los físicos utilizan el término anisotropía para describir las propiedades de los materiales que dependen de la dirección. La anisotropía magnética , por ejemplo, puede ocurrir en un plasma , de modo que su campo magnético esté orientado en una dirección preferida. Los plasmas también pueden mostrar "filamentación" (como la que se ve en un rayo o un globo de plasma ) que es direccional.

Un líquido anisotrópico tiene la fluidez de un líquido normal, pero tiene un orden estructural promedio entre sí a lo largo del eje molecular, a diferencia del agua o el cloroformo , que no contienen ningún orden estructural de las moléculas. Los cristales líquidos son ejemplos de líquidos anisotrópicos.

Algunos materiales conducen el calor de una manera isótropa, que es independiente de la orientación espacial alrededor de la fuente de calor. La conducción de calor es más comúnmente anisotrópica, lo que implica que se requiere un modelado geométrico detallado de materiales típicamente diversos que se manejan térmicamente. Los materiales utilizados para transferir y rechazar el calor de la fuente de calor en la electrónica son a menudo anisotrópicos. [2]

Muchos cristales son anisotrópicos a la luz ("anisotropía óptica") y exhiben propiedades como la birrefringencia . La óptica de cristal describe la propagación de la luz en estos medios. Un "eje de anisotropía" se define como el eje a lo largo del cual se rompe la isotropía (o un eje de simetría, como las capas normales a cristalinas). Algunos materiales pueden tener varios ejes ópticos de este tipo .

Geofísica y geología [ editar ]

La anisotropía sísmica es la variación de la velocidad de la onda sísmica con la dirección. La anisotropía sísmica es un indicador del orden de largo alcance en un material, donde las características más pequeñas que la longitud de onda sísmica (por ejemplo, cristales, grietas, poros, capas o inclusiones) tienen una alineación dominante. Esta alineación conduce a una variación direccional de la velocidad de la onda de elasticidad . La medición de los efectos de la anisotropía en los datos sísmicos puede proporcionar información importante sobre los procesos y la mineralogía en la Tierra; Se ha detectado una anisotropía sísmica significativa en la corteza terrestre , el manto y el núcleo interno .

Las formaciones geológicas con distintas capas de material sedimentario pueden presentar anisotropía eléctrica; La conductividad eléctrica en una dirección (p. ej., paralela a una capa) es diferente de la de otra (p. ej., perpendicular a una capa). Esta propiedad se utiliza en la industria de exploración de petróleo y gas para identificar arenas que contienen hidrocarburos en secuencias de arena y lutita . Los activos de hidrocarburos que contienen arena tienen alta resistividad (baja conductividad), mientras que las lutitas tienen menor resistividad. Evaluación de la formaciónLos instrumentos miden esta conductividad / resistividad y los resultados se utilizan para ayudar a encontrar petróleo y gas en los pozos. La anisotropía mecánica medida para algunas de las rocas sedimentarias como el carbón y el esquisto puede cambiar con los cambios correspondientes en sus propiedades superficiales, como la sorción, cuando se producen gases a partir de los yacimientos de carbón y esquisto. [3]

La conductividad hidráulica de los acuíferos suele ser anisotrópica por la misma razón. Al calcular el flujo de agua subterránea hacia los desagües [4] o hacia los pozos , [5] se debe tener en cuenta la diferencia entre la permeabilidad horizontal y vertical, de lo contrario los resultados pueden estar sujetos a error.

Los minerales formadores de rocas más comunes son anisotrópicos, incluidos el cuarzo y el feldespato . La anisotropía en los minerales se ve más confiablemente en sus propiedades ópticas . Un ejemplo de mineral isotrópico es el granate .

Acústica médica [ editar ]

La anisotropía también es una propiedad bien conocida en la formación de imágenes por ultrasonido médico que describe una ecogenicidad resultante diferente de los tejidos blandos, como los tendones, cuando se cambia el ángulo del transductor. Las fibras del tendón aparecen hiperecoicas (brillantes) cuando el transductor está perpendicular al tendón, pero pueden aparecer hipoecoicas (más oscuras) cuando el transductor está en ángulo oblicuo. Esto puede ser una fuente de errores de interpretación para los profesionales sin experiencia.

Ciencia e ingeniería de materiales [ editar ]

La anisotropía, en la ciencia de los materiales, es la dependencia direccional de un material de una propiedad física. Esta es una consideración fundamental para la selección de materiales en aplicaciones de ingeniería. Las descripciones tensoriales de las propiedades del material se pueden utilizar para determinar la dependencia direccional de esa propiedad. Para el material monocristalino, la anisotropía está asociada con la simetría del cristal en el sentido de que los tipos de cristales más simétricos tienen menos coeficientes independientes en la descripción del tensor de una propiedad dada. [6] [7]Cuando un material es policristalino, la dependencia direccional de las propiedades suele estar relacionada con las técnicas de procesamiento que ha sufrido. Un material con granos orientados al azar será isotrópico, mientras que los materiales con textura serán a menudo anisotrópicos. Los materiales texturizados son a menudo el resultado de técnicas de procesamiento como laminado en caliente, trefilado y tratamientos térmicos.

Las propiedades mecánicas de los materiales, como el módulo de Young, la fluencia, a menudo dependen de la dirección de medición. [8] Tensor de cuarto rangolas propiedades, como las constantes elásticas, son anisotrópicas, incluso para materiales con simetría cúbica. El módulo de Young relaciona la tensión y la deformación cuando un material isotrópico se deforma elásticamente; para describir la elasticidad en un material anisotrópico, en su lugar se utilizan tensores de rigidez (o elasticidad). En los metales, el comportamiento de la elasticidad anisotrópica está presente en todos los monocristales con tres coeficientes independientes para los cristales cúbicos, por ejemplo. Para materiales cúbicos centrados en la cara, como el níquel y el cobre, la rigidez es más alta a lo largo de la dirección <111>, normal a los planos compactos cercanos y la más pequeña paralela a <100>. El tungsteno es tan casi isotrópico a temperatura ambiente que se puede considerar que tiene sólo dos coeficientes de rigidez; El aluminio es otro metal casi isotrópico.

La relación de anisotropía es un valor calculado para comparar la anisotropía elástica en materiales. Viene dado por la siguiente expresión:

donde los valores de C son coeficientes de rigidez en notación Voigt (vector-matriz). Para un material isotrópico, la relación es uno.

Los materiales compuestos reforzados con fibra o en capas exhiben propiedades mecánicas anisotrópicas, debido a la orientación del material de refuerzo. En muchos compuestos reforzados con fibra como los compuestos a base de fibra de carbono o fibra de vidrio, el tejido del material (por ejemplo, tejido unidireccional o liso) puede determinar el grado de anisotropía del material a granel. [9] La capacidad de ajuste de la orientación de las fibras permite diseños basados ​​en aplicaciones de materiales compuestos, dependiendo de la dirección de las tensiones aplicadas sobre el material.

Los materiales amorfos como el vidrio y los polímeros son típicamente isótropos. Debido a la orientación altamente aleatoria de las macromoléculas en los materiales poliméricos, los polímeros se describen en general como isotrópicos. Sin embargo, los polímeros se pueden diseñar para que tengan propiedades direccionalmente dependientes mediante técnicas de procesamiento o la introducción de elementos inductores de anisotropía. Los investigadores han construido materiales compuestos con fibras alineadas y huecos para generar hidrogeles anisotrópicos , con el fin de imitar la materia blanda biológica ordenada jerárquicamente. [10] La impresión 3D, especialmente el modelado por deposición fundida, puede introducir anisotropía en las piezas impresas. Esto se debe al hecho de que FDM está diseñado para extruir e imprimir capas de materiales termoplásticos.[11] Esto crea materiales que son fuertes cuando se aplica tensión de tracción en paralelo a las capas y débiles cuando el material es perpendicular a las capas.

Microfabricación [ editar ]

Las técnicas de grabado anisotrópico (como el grabado con iones reactivos profundos ) se utilizan en los procesos de microfabricación para crear características microscópicas bien definidas con una relación de aspecto alta . Estas características se utilizan comúnmente en MEMS y dispositivos de microfluidos , donde se necesita la anisotropía de las características para impartir las propiedades ópticas, eléctricas o físicas deseadas al dispositivo. El grabado anisotrópico también puede referirse a ciertos grabadores químicos utilizados para grabar un determinado material preferentemente sobre ciertos planos cristalográficos (p. Ej., El grabado de silicio con KOH [100] produce estructuras piramidales)

Neurociencia [ editar ]

La formación de imágenes con tensor de difusión es una técnica de resonancia magnética que implica medir la anisotropía fraccionada del movimiento aleatorio ( movimiento browniano ) de las moléculas de agua en el cerebro. Las moléculas de agua ubicadas en los tractos de fibra tienen más probabilidades de ser anisotrópicas, ya que su movimiento está restringido (se mueven más en la dimensión paralela al tracto de fibra que en las dos dimensiones ortogonales a él), mientras que las moléculas de agua dispersas en el resto del cerebro tienen un movimiento menos restringido y, por lo tanto, muestran más isotropía. Esta diferencia en la anisotropía fraccionada se aprovecha para crear un mapa de los tractos de fibra en el cerebro del individuo.

Transferencia radiativa atmosférica [ editar ]

Los campos de resplandor (ver BRDF ) de una superficie reflectante a menudo no son de naturaleza isotrópica. Esto hace que los cálculos de la energía total reflejada de cualquier escena sean una cantidad difícil de calcular. En aplicaciones de detección remota , las funciones de anisotropía se pueden derivar para escenas específicas, simplificando enormemente el cálculo de la reflectancia neta o (por lo tanto) la irradiancia neta de una escena. Por ejemplo, deje que el BRDF sea donde 'i' denota la dirección del incidente y 'v' denota la dirección de visualización (como si fuera de un satélite u otro instrumento). Y sea P el Albedo plano, que representa la reflectancia total de la escena.

Es de interés porque, con el conocimiento de la función de anisotropía tal como se define, una medición del BRDF desde una única dirección de visualización (digamos, ) produce una medida de la reflectancia total de la escena (Albedo planar) para esa geometría incidente específica (digamos, ) .

Ver también [ editar ]

  • Simetría circular

Referencias [ editar ]

  1. ^ Smoot GF; Gorenstein MV & Muller RA (5 de octubre de 1977). "Detección de anisotropía en la radiación cósmica de cuerpo negro" (PDF) . Laboratorio Lawrence Berkeley y Laboratorio de Ciencias Espaciales , Universidad de California, Berkeley . Consultado el 15 de septiembre de 2013 .
  2. ^ Tian, ​​Xiaojuan; Itkis, Mikhail E; Bekyarova, Elena B; Haddon, Robert C (8 de abril de 2013). "Propiedades eléctricas y térmicas anisotrópicas de capas finas de interfaz térmica de compuestos basados ​​en nanoplaquetas de grafito" . Informes científicos . 3 : 1710. Código Bibliográfico : 2013NatSR ... 3E1710T . doi : 10.1038 / srep01710 . PMC 3632880 . 
  3. ^ Saurabh, Suman; Harpalani, Satya (2 de enero de 2019). "Anisotropía del carbón a varias escalas y su variación con sorción". Revista Internacional de Geología del Carbón . 201 : 14-25. doi : 10.1016 / j.coal.2018.11.008 .
  4. ^ RJOosterbaan, 1997, El balance energético del flujo de agua subterránea aplicado al drenaje subterráneo en suelos anisotrópicos mediante tuberías o zanjas con resistencia de entrada. En línea: [1] Archivado el 19 de febrero de 2009 en Wayback Machine . El programa EnDrain gratuito correspondiente se puede descargar desde: [2] .
  5. ^ RJOosterbaan, 2002, Drenaje subsuperficial por pozos (tubulares), 9 págs. En línea: [3] . El programa WellDrain gratuito correspondiente se puede descargar desde: [4]
  6. ^ Newnham, Robert E. Propiedades de los materiales: anisotropía, simetría, estructura (1ª ed.). Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 978-0198520764.
  7. ^ Nye, JF Propiedades físicas de los cristales (1ª ed.). Prensa de Clarendon.
  8. ^ Courtney, Thomas H. (2005). Comportamiento mecánico de los materiales (2ª ed.). ISBN de Waveland Pr Inc. 978-1577664253.
  9. ^ "Estilos de tejido de tela" . Visiones compuestas . Consultado el 23 de mayo de 2019 .
  10. ^ Sano, Koki; Ishida, Yasuhiro; Aida, Tazuko (16 de octubre de 2017). "Síntesis de hidrogeles anisotrópicos y sus aplicaciones". Angewandte Chemie International Edition . 57 (10): 2532-2543. doi : 10.1002 / anie.201708196 . PMID 29034553 . 
  11. ^ Wang, Xin; Jiang, hombre; Gou, Jihua; Hui, David (1 de febrero de 2017). "Impresión 3D de compuestos de matriz polimérica: una revisión y prospectiva". Compuestos Parte B: Ingeniería . 110 : 442–458. doi : 10.1016 / j.compositesb.2016.11.034 .

Enlaces externos [ editar ]

  • "El calibre, y el tejido de punto en general, es un fenómeno anisotrópico"
  • "Descripción general de la anisotropía"
  • Paquete de enseñanza y aprendizaje DoITPoMS: "Introducción a la anisotropía"