Анизотропные вещества

14 Февраля 2017

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestva

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 преломляющегося луча на два луча, распространяющихся с разными скоростями.

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.

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestvaОпределение 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 целей идентификации минералов.

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

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestvaНаиболее отчетливо двупреломление световых лучей проявляется у высокопрозрачной разновидности кальцита, называемой исландским шпатом.

Кальцит легко раскалывается на обломки в виде ромбоэдров с гранями {1011}. Если такой спайный выколок исландского шпата расположить над точкой, нанесенной на листе бумаги, то, глядя через минерал, мы увидим два изображения точки (рис. 7.17). Одно изображение будет казаться расположенным несколько выше, чем другое, над поверхностью бумаги, а соединяющая их линия будет параллельна диагонали верхней грани ромбоэдра, проходящей через два тупых угла. При повороте кальцитового ромбоэдра по поверхности бумаги верхнее изображение точки остается неподвижным, тогда как нижнее движется вокруг него, оставаясь между неподвижной точкой и тупым углом на верхней грани ромбоэдра.

Если имеется несколько кристаллов исландского шпата, то нетрудно заметить, что расстояние между точками тем больше, чем толще ромбоэдр, через который они рассматриваются. Если теперь, продолжая смотреть вертикально вниз на точки, начать переворачивать ромбоэдр на тупой угол, находящийся под выступающей гранью спайного выколка, то нижняя точка будет приближаться к верхней и в конце концов они сольются (рис. 7.18). Слияние наступает в тот момент, когда линия наблюдения располагается параллельно линии, равнонаклоненной к трем плоскостям {1011}, сходящимся на тупом телесном угле ромбоэдра. Это явление можно увидеть и при обычном положении ромбоэдра, но лучше поставить его на плоскость тупого телесного угла, чтобы лучи света пересекали ее перпендикулярно.

Проведенные наблюдения позволяют сделать следующие выводы:

  1. Когда ромбоэдр исландского шпата лежит на грани и видно два изображения точки, то свет от бумаги проходит через него двумя путями.
  2. Поскольку одно изображение точки перемещается вокруг другого, то лучи, образующие движущееся изображение, наклонены под определенным углом и направлены параллельно диагонали, соединяющей тупые углы грани ромбоэдра. Лучи, создающие неподвижное изображение, проходят через кристалл не отклоняясь. Другими словами, один луч преломляется, а другой — нет. Кроме того, в кристалле кальцита возможны только два пути прохождения света, направления которых обусловлены данной формой кристалла (и, следовательно, его внутренней структурой), и поэтому они сохраняют одну и ту же связь с геометрией ромбоэдра при его вращении.

Экран ниже столика

 www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestva

(а) (б)

п минерала > п жидкости п минерала < п жидкости

Рис. 7.16 Затемнение части зерна при различных показателях преломления.

 

 www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestva

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.

  1. Поскольку кажется, что одна точка расположена выше, чем другая, мы можем сделать вывод, что для лучей, формирующих изображение верхней точки, показатель преломления в минерале больше, чем для лучей, образующих нижнюю точку. Когда мы наблюдаем за рыбой в аквариуме, она кажется нам расположенной ближе к стеклу, чем это есть на самом деле. Данное явление объясняется тем, что глаз формирует изображение на основе лучей света,

 www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestva

Рис. 7.18 Наблюдение точки вдоль оптической оси кальцита.

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestva

Линия наблюдения, при которой видно только одно изображение (ромбоэдр положен на тупой телесный угол) претерпевших конвергенцию в результате преломления на границе между водой и воздухом, а не с помощью лучей, которые исходили из точки нахождения рыбы (рис. 7.19). Этот эффект тем значительнее, чем больше разница в показателях преломления двух сред. 4. Слияние двух изображений при движении лучей параллельно линии, равнонаклоненной к плоскостям {1011} (т.е. параллельно кристаллографической оси z) возникает потому, что двупреломления вдоль этого направления не происходит и весь пучок света распространяется по одному пути.

Обыкновенный и необыкновенный луч

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestvaВ 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

www_microsystemy_ru_articles _anizotropnie_veshestvaНаправление 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.

Возврат к списку