В физике и геометрии изотропия ( от древнегреческого ἴσος ( isos ) «равный» и τρόπος ( trópos ) «поворот, путь») — это единообразие во всех ориентациях . Точные определения зависят от предметной области. Исключения или неравенства часто обозначаются префиксом a- или an- , отсюда и анизотропия . Анизотропия также используется для описания ситуаций, когда свойства систематически изменяются в зависимости от направления. Изотропное излучение имеет одинаковую интенсивность независимо от направления измерения , а изотропное поле оказывает одинаковое действие независимо от того, как ориентирована пробная частица .
Математика
В математике изотропия имеет несколько разных значений :
Квадратичная форма q называется изотропной, если существует ненулевой вектор v такой, что q ( v ) = 0 ; такой v является изотропным вектором или нулевым вектором. В сложной геометрии линия, проходящая через начало координат в направлении изотропного вектора, является изотропной линией .
Векторное поле , создаваемое точечным источником, называется изотропным, если для любой сферической окрестности с центром в точечном источнике величина вектора, определяемого любой точкой сферы, инвариантна относительно изменения направления. Например, звездный свет кажется изотропным.
Когда бесспиновая частица (или даже неполяризованная частица со спином) распадается, результирующее распределение распада должно быть изотропным в системе покоя распадающейся частицы, независимо от подробной физики распада. Это следует из вращательной инвариантности гамильтониана , которая , в свою очередь, гарантируется для сферически-симметричного потенциала.
Кинетическая теория газов также является примером изотропии. Предполагается, что молекулы движутся в случайных направлениях и, как следствие, существует равная вероятность движения молекулы в любом направлении. Таким образом, когда в газе много молекул, с высокой вероятностью будет очень похожее количество молекул, движущихся в одном направлении, как и в любом другом, что демонстрирует приблизительную изотропию.
Поток жидкости является изотропным, если нет предпочтения направления (например, при полностью развитой трехмерной турбулентности). Примером анизотропии являются потоки с фоновой плотностью, поскольку гравитация действует только в одном направлении. Кажущаяся поверхность, разделяющая две разные изотропные жидкости, будет называться изотропой.
Изотропная среда – это такая среда, в которой диэлектрическая проницаемость ε и проницаемость µ одинаковы во всех направлениях среды, простейшим примером является свободное пространство.
Оптическая изотропия означает наличие одинаковых оптических свойств во всех направлениях. Если требуется вычислить макроскопический коэффициент отражения или пропускания , индивидуальный коэффициент отражения или пропускания доменов усредняется для микрогетерогенных образцов. В этом можно убедиться, просто исследуя, например, поликристаллический материал под поляризационным микроскопом со скрещенными поляризаторами: если кристаллиты превышают предел разрешения, они будут видны.
Космологический принцип , лежащий в основе большей части современной космологии, включая теорию Большого взрыва эволюции наблюдаемой Вселенной, предполагает, что Вселенная одновременно изотропна и однородна, а это означает, что у Вселенной нет предпочтительного местоположения (она везде одинакова) и нет предпочтительное направление. [2] Наблюдения, сделанные в 2006 году, показывают, что на масштабах расстояний, намного больших, чем галактики, скопления галактик представляют собой «великие» объекты, но небольшие по сравнению с так называемыми сценариями мультивселенной . [ нужна цитата ]
При изучении механических свойств материалов «изотропный» означает наличие одинаковых значений свойства во всех направлениях. Это определение также используется в геологии и минералогии . Стекло и металлы являются примерами изотропных материалов. [3] К распространенным анизотропным материалам относятся древесина , поскольку свойства ее материала различны параллельно и перпендикулярно волокну, а также слоистые породы, такие как сланец .
Изотропные материалы полезны, поскольку им легче придавать форму, а их поведение легче предсказать. Анизотропные материалы можно адаптировать к силам, которые, как ожидается, будет испытывать объект. Например, волокна в материалах из углеродного волокна и арматура в железобетоне ориентированы так, чтобы выдерживать растяжение.
Микрообработка
В промышленных процессах, таких как этапы травления, изотропность означает, что процесс протекает с одинаковой скоростью независимо от направления. Простая химическая реакция и удаление субстрата кислотой, растворителем или активным газом часто очень близка к изотропной. И наоборот, анизотропия означает, что скорость атаки подложки выше в определенном направлении. Анизотропные процессы травления, при которых скорость вертикального травления высока, а скорость бокового травления очень мала, являются важными процессами в микропроизводстве интегральных схем и устройств MEMS .
Антенна (радио)
Изотропная антенна – это идеализированный « излучающий элемент », используемый в качестве эталона ; антенна , которая передает мощность одинаково (рассчитывается по вектору Пойнтинга ) во всех направлениях. Усиление произвольной антенны обычно указывается в децибелах относительно изотропной антенны и выражается в дБи или дБ(i).
В клетках (так называемых мышечных волокнах ) термин « изотропный » относится к светлым полосам ( I-полосам ), которые формируют полосатый рисунок клеток.
Хотя хорошо известно, что кожа является идеальным местом для введения местных и системных препаратов, она представляет собой серьезный барьер для проникновения большинства веществ. [4] Совсем недавно изотропные составы широко использовались в дерматологии для доставки лекарств. [5]
Мы говорим, что объем, такой как компьютерная томография, имеет изотропное расстояние между вокселами , когда пространство между любыми двумя соседними вокселами одинаково вдоль каждой оси x, y, z . Например, расстояние между вокселами изотропно, если центр воксела (i, j, k) составляет 1,38 мм от центра (i+1, j, k) , 1,38 мм от центра (i, j+1, k) и 1,38. мм от (i, j, k+1) для всех индексов i, j, k . [6]
Изотропная область — это область, которая везде имеет одинаковые свойства. Такая область представляет собой конструкцию, необходимую во многих типах моделей.
Смотрите также
Поищите изотропию в Викисловаре, бесплатном словаре.
