АНИЗОТРОПИЯ

АНИЗОТРОПИЯ (от
греч. anisos - неравный и tropos - направление), зависимость физ. свойств
вещества (механич., тепловых, электрич., магнитных, оптич.) от направления
(в противоположность изотропии - независимости свойств от направления).
Примеры А.: пластинка слюды
легко расщепляется на тонкие листочки только вдоль определённой плоскости
(параллельно этой плоскости силы сцепления между частицами слюды наименьшие);
мясо легче режется вдоль волокон, хл.-бум. ткань легко разрывается вдоль
нитки (в этих направлениях прочность ткани наименьшая).

Естеств. А.-
наиболее характерная особенность кристаллов. Именно потому, что скорости
роста кристаллов в разных направлениях различны, кристаллы вырастают в
виде правильных многогранников: шестиугольные призмы кварца, кубики кам.
соли, восьмиугольные кристаллы алмаза, разнообразные, но всегда шестиугольные
звёздочки снежинок. Анизотропны, однако, не все свойства кристаллов. Плотность
и уд. теплоёмкость у всех кристаллов не зависят от направления. А. остальных
физ. свойств кристаллов тесно связана с их симметрией и проявляется тем
сильнее, чем ниже симметрия кристаллов.

При нагревании
шара из изотропного вещества он расширяется во все стороны равномерно,
т. е. остаётся шаром. Кри-сталлич. шар при нагревании изменит свою форму,
напр. превратится в эллипсоид (рис. 1, а). Может случиться, что при нагревании
шар будет расширяться в одном направлении и сжиматься в другом (поперечном
к первому, рис. 1,6).

Рис. 1. Изменение
формы кристаллического шара (пунктир) при нагревании.

Температурные
коэфф. линейного расширения вдоль гл. оси симметрии кристалла (аи перпендикулярно этой оси (а

Аналогично
различаются удельные электрич. сопротивления кристаллов вдоль гл. оси симметрии
р

При распространении
света в прозрачных кристаллах (кроме кристаллов с ку-бич. решёткой) свет
испытывает двойное лучепреломление и поляризуется различно в разных направлениях
(оптическая А.). В кристаллах с гексагональной, тригональной и тетрагональной
решётками (напр., в кристаллах кварца, рубина и кальцита) двойное лучепреломление
максимально в направлении, перпендикулярном к гл. оси симметрии, и отсутствует
вдоль этой оси. Скорость распространения света в кристалле v или показатель
преломления кристалла n различны в различных направлениях. Напр., у кальцита
показатели преломления видимого света вдоль оси симметрии пи перпендикулярно ей п= 1,58; у кварца: п

Механическая
А. состоит в различии механич. свойств - прочности, твёрдости, вязкости,
упругости - в разных направлениях. Количественно упругую А. оценивают по
макс. различию модулей упругости. Так, для поли-кристаллич. металлов с
кубич. решёткой отношение модулей упругости вдоль ребра и вдоль диагонали
куба для железа равно 2,5, для свинца 3,85, для бета-латуни 8,7. Кубич.
монокристаллы характеризуются тремя гл. значениями модулей упругости (табл.
3).

Рис. 4. Сечения
поверхности модуля кручений (а) и модуля Юнга (б) кристалла кварца; сечение
поверхности пьезоэлектрического коэффициента в кварце(в).

Для кристаллов
более сложной структуры (более низкой симметрии) полное описание упругих
свойств требует знания ещё большего числа значений (компонент) модулей
упругости по разным направлениям, напр. для цинка или кадмия - 5, а для
триглицинсульфата или винной кислоты - 13 компонент, различных по величине
и знаку. Об А. магнитных свойств см. подробнее в ст. Магнитная анизотропия.

Математически
анизотропные свойства кристаллов характеризуются векторами и тензорами,
в отличие от изотропных свойств (напр., плотности), к-рые описываются скалярными
величинами. Напр., коэфф. пироэлектрич. эффекта (см. Пироэлектричество)
является вектором. Электрич. сопротивление, диэлектрическая проницаемость,
магнитная проницаемость и теплопроводность - тензоры второго ранга, коэфф.
пьезоэлектрич. эффекта (см. Пьезоэлектричество) - тензор третьего ранга,
упругость - тензор четвёртого ранга. А. графически изображают с помощью
указательных поверхностей (индикатрисс): из одной точки во всех направлениях
откладывают отрезки, соответствующие константе в этом направлении. Концы
этих

Причиной естественной
А. является упорядоченное расположение частиц в кристаллах, при котором
расстояние между соседними частицами, а следовательно, и силы связи между
ними различны в разных направлениях (см. Кристаллы).
А. может быть вызвана также асимметрией и определённой ориентацией самих
молекул. Этим объясняется естеств. А. нек-рых жидкостей, особенно А. жидких
кристаллов. В последних наблюдается двойное лучепреломление света, хотя
большинство др. их свойств изотропно, как у обычных жидкостей.

А. наблюдается
также и в определённых некристаллич. веществах, у к-рых существует естеств.
или искусств. текстура (древесина и т. п.). Напр., фанера или прессованная
древесина вследствие слоистости строения могут обладать пьезоэлектрич.
свойствами, как кристаллы. Комбинируя стеклянное волокно с пластмассами,
удаётся получить анизотропный листовой материал с прочностью на разрыв
до 100 кгс/мм². Искусств. А. можно также получить, создавая
заданное распределение механич. напряжений в первоначально изотропном материале.
Напр., при закалка стекла можно получить в нём А., к-рая влечёт за собой
упрочнение стекла.

Искусственная
оптич. А. возникает в кристаллах и в изотропных средах под действием электрич.
поля (см. Электрооптический эффект в кристаллах, Керра явление в жидкостях),
магнитного поля (см. Коттон - Мутона эффект), механич. воздействия (см.
Фотоупругость). М. П. Шасколъская.

А. широко распространена
также в живой природе. Оптич. А. обнаруживается в нек-рых животных тканях
(мышечной, костной). Так, миофибриллы поперечно исчерченных мышечных волокон
при микроскопии кажутся состоящими из светлых и тёмных участков. При исследовании
в поляризованном свете эти тёмные диски, как и гладкие мышцы и нек-рые
структуры костной ткани, обнаруживают двойное лучепреломление, т. е. они
анизотропны.

В ботанике
А. называется способность разных органов одного и того же растения принимать
различные положения при одинаковых воздействиях факторов внешней среды.
Напр., при одностороннем освещении верхушки побегов изгибаются к свету,
а листовые пластинки располагаются перпендикулярно к направлению лучей.

Лит.: Бокий
Г. Б., Флинт Е. Е., Шубников А. В., Основы кристаллографии, М.- Л., 1940;
Най Дж., Физические свойства кристаллов..., пер. с англ., 2 изд., М., 1967;
Волокнистые композиционные материалы, пер. с англ., М., 1967; Дитчберн
Р., Физическая оптика, пер. с англ., М., 1965.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я