تباين الخواص

تحتاج هذه المقالة إلى مصادر إضافية للتحقق . يُرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة بإضافة مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Anisotropy" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( مايو 2017 ) ( تعرف على كيفية ووقت إزالة هذه الرسالة )

التباين الخواص ( / ˌænaɪˈsɒtrəpi , ˌænɪ- / ) هو الخاصية البنيوية لعدم التجانس في اتجاهات مختلفة، على عكس التباين الخواص . يتمتع الجسم أو النمط المتباين الخواص بخصائص تختلف وفقًا لاتجاه القياس. على سبيل المثال، تُظهر العديد من المواد خصائص فيزيائية أو ميكانيكية مختلفة جدًا عند قياسها على طول محاور مختلفة، مثل الامتصاص ومؤشر الانكسار والتوصيل وقوة الشد .

من الأمثلة على عدم التماثل الضوء الذي يمر عبر المستقطب . ومن الأمثلة الأخرى الخشب ، الذي يسهل تقسيمه على طول حبيباته مقارنة بتقسيمه عبرها بسبب عدم تجانس اتجاه الحبيبات (الحبيبات هي نفسها في اتجاه واحد، وليس في كل الاتجاهات).

في مجال الرسوميات الحاسوبية ، يتغير السطح المتباين الخواص في المظهر عندما يدور حول محوره الهندسي الطبيعي ، كما هو الحال مع المخمل .

الترشيح المتباين الخواص (AF) هو طريقة لتحسين جودة صورة القوام على الأسطح البعيدة وذات الزوايا الحادة فيما يتعلق بنقطة الرؤية. لا تأخذ التقنيات القديمة، مثل الترشيح ثنائي الخطوط وثلاثي الخطوط، في الاعتبار الزاوية التي يُنظر منها إلى السطح، مما قد يؤدي إلى تشويش القوام أو تشويشه. من خلال تقليل التفاصيل في اتجاه واحد أكثر من الآخر، يمكن تقليل هذه التأثيرات بسهولة.

المرشح الكيميائي المتباين الخواص ، كما يستخدم لترشيح الجسيمات، هو مرشح ذو مساحات بينية أصغر بشكل متزايد في اتجاه الترشيح بحيث تقوم المناطق القريبة بترشيح الجسيمات الأكبر حجمًا وتزيل المناطق البعيدة بشكل متزايد الجسيمات الأصغر حجمًا، مما يؤدي إلى تدفق أكبر وترشيح أكثر كفاءة.

في مطيافية الفلورسنت ، يتم استخدام تباين الفلورسنت ، المحسوب من خصائص الاستقطاب للفلورسنت من العينات المثارة بالضوء المستقطب المستوي، على سبيل المثال، لتحديد شكل جزيء كبير. تكشف قياسات تباين الفلورسنت عن الإزاحة الزاوية المتوسطة للفلوروفور التي تحدث بين الامتصاص والانبعاث اللاحق للفوتون.

في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ، يحدد اتجاه النوى بالنسبة للمجال المغناطيسي المطبق تحولها الكيميائي . في هذا السياق، تشير الأنظمة المتباينة الخواص إلى توزيع الإلكترونات للجزيئات ذات الكثافة الإلكترونية العالية بشكل غير طبيعي، مثل نظام باي للبنزين . تؤثر كثافة الإلكترون غير الطبيعية هذه على المجال المغناطيسي المطبق وتتسبب في تغيير التحول الكيميائي المرصود.

تكون صور البيئة المرتبطة بالجاذبية أو من صنع الإنسان متباينة الخواص بشكل خاص في مجال الاتجاه، مع وجود المزيد من بنية الصورة في اتجاهات موازية أو متعامدة مع اتجاه الجاذبية (رأسي وأفقي).

أفاد فيزيائيون من جامعة كاليفورنيا، بيركلي عن اكتشافهم للتباين الكوني في إشعاع الخلفية الكونية للميكروويف في عام 1977. وأظهرت تجربتهم تحول دوبلر الناجم عن حركة الأرض بالنسبة لمادة الكون المبكر ، مصدر الإشعاع. ^[1] كما شوهد التباين الكوني في محاذاة محاور دوران المجرات وزوايا الاستقطاب للكوازارات.

يستخدم الفيزيائيون مصطلح التباين لوصف خصائص المواد المعتمدة على الاتجاه. على سبيل المثال، قد يحدث التباين المغناطيسي في البلازما ، بحيث يتجه مجالها المغناطيسي في اتجاه مفضل. قد تظهر البلازما أيضًا "خيوطًا" (مثل تلك التي تُرى في البرق أو كرة البلازما ) ذات اتجاه محدد.

يتمتع السائل المتباين الخواص بسيولة السائل العادي، ولكنه يتمتع بترتيب بنيوي متوسط ​​بالنسبة لبعضه البعض على طول المحور الجزيئي، على عكس الماء أو الكلوروفورم ، اللذين لا يحتويان على ترتيب بنيوي للجزيئات. البلورات السائلة هي أمثلة على السوائل المتباينة الخواص.

تنقل بعض المواد الحرارة بطريقة متساوية الخواص، أي مستقلة عن التوجه المكاني حول مصدر الحرارة. يكون التوصيل الحراري أكثر تباينًا في الخواص، مما يعني أن النمذجة الهندسية التفصيلية للمواد المتنوعة التي يتم التحكم فيها حرارياً مطلوبة. غالبًا ما تكون المواد المستخدمة لنقل الحرارة ورفضها من مصدر الحرارة في الإلكترونيات متباينة الخواص. ^[2]

العديد من البلورات متباينة الخواص للضوء ("تباين بصري")، وتظهر خصائص مثل الازدواج الانكساري . تصف بصريات البلورات انتشار الضوء في هذه الوسائط. يُعرَّف "محور التباين" بأنه المحور الذي تنكسر فيه التباينات (أو محور التناظر، مثل العمودي على الطبقات البلورية). يمكن أن تحتوي بعض المواد على محاور بصرية متعددة .

التباين الزلزالي هو تباين سرعة الموجة الزلزالية مع الاتجاه. التباين الزلزالي هو مؤشر على النظام طويل المدى في مادة ما، حيث يكون للميزات الأصغر من الطول الموجي الزلزالي (مثل البلورات والشقوق والمسام والطبقات أو الشوائب) محاذاة مهيمنة. يؤدي هذا المحاذاة إلى تباين اتجاهي في سرعة موجة المرونة . يمكن أن يوفر قياس تأثيرات التباين الزلزالي في البيانات الزلزالية معلومات مهمة حول العمليات والمعادن في الأرض؛ تم اكتشاف تباين زلزالي كبير في قشرة الأرض والوشاح والنواة الداخلية .

يمكن أن تظهر التكوينات الجيولوجية ذات الطبقات المميزة من المواد الرسوبية تباينًا كهربائيًا؛ فالتوصيل الكهربائي في اتجاه واحد (على سبيل المثال موازٍ لطبقة)، يختلف عن ذلك في اتجاه آخر (على سبيل المثال عمودي على طبقة). تُستخدم هذه الخاصية في صناعة استكشاف الغاز والنفط لتحديد الرمال الحاملة للهيدروكربونات في تسلسلات الرمل والزيت الصخري . تتمتع الأصول الهيدروكربونية الحاملة للرمل بمقاومة عالية (موصلية منخفضة)، في حين أن الزيت الصخري له مقاومة أقل. تقيس أدوات تقييم التكوين هذه الموصلية أو المقاومة، وتُستخدم النتائج للمساعدة في العثور على النفط والغاز في الآبار. يمكن أن يتغير التباين الميكانيكي المقاس لبعض الصخور الرسوبية مثل الفحم والزيت الصخري مع التغييرات المقابلة في خصائص سطحها مثل الامتصاص عندما يتم إنتاج الغازات من خزانات الفحم والزيت الصخري. ^[3]

غالبًا ما تكون الموصلية الهيدروليكية للطبقات المائية الجوفية متباينة الخواص لنفس السبب. عند حساب تدفق المياه الجوفية إلى المصارف ^[4] أو إلى الآبار ، ^[5] يجب مراعاة الفرق بين النفاذية الأفقية والرأسية؛ وإلا فقد تكون النتائج عرضة للخطأ.

تعد المعادن المكونة للصخور الأكثر شيوعًا متباينة الخواص، بما في ذلك الكوارتز والفلسبار . يمكن رؤية تباين الخواص في المعادن بشكل أكثر موثوقية في خصائصها البصرية . ومن الأمثلة على المعادن المتباينة الخواص الجارنيت .

تظهر الصخور النارية مثل الجرانيت أيضًا تباينًا بسبب اتجاه المعادن أثناء عملية التصلب. ^[6]

تعد تباين الخواص أيضًا خاصية معروفة في التصوير بالموجات فوق الصوتية الطبية تصف صدى مختلفًا ناتجًا عن الأنسجة الرخوة، مثل الأوتار ، عندما يتم تغيير زاوية المحول . تظهر ألياف الوتر شديدة الصدى (ساطعة) عندما يكون المحول عموديًا على الوتر، ولكن يمكن أن تبدو منخفضة الصدى (أغمق) عندما يكون المحول بزاوية مائلة. يمكن أن يكون هذا مصدرًا لخطأ التفسير للممارسين عديمي الخبرة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

التباين الخواص، في علم المواد ، هو اعتماد المادة على اتجاه خاصية فيزيائية . وهذا اعتبار بالغ الأهمية لاختيار المواد في التطبيقات الهندسية. تسمى المادة ذات الخصائص الفيزيائية المتماثلة حول محور عمودي على مستوى التباين الخواص مادة متباينة الخواص عرضيًا . يمكن استخدام أوصاف الموتر لخصائص المادة لتحديد الاعتماد الاتجاهي لتلك الخاصية. بالنسبة للمادة أحادية البلورة ، يرتبط التباين الخواص بتناظر البلورة بمعنى أن أنواع البلورات الأكثر تماثلًا لها معاملات مستقلة أقل في وصف الموتر لخاصية معينة. ^{[7] [8]} عندما تكون المادة متعددة البلورات ، غالبًا ما يكون الاعتماد الاتجاهي على الخصائص مرتبطًا بتقنيات المعالجة التي خضعت لها. ستكون المادة ذات الحبيبات الموجهة عشوائيًا متباينة الخواص، في حين أن المواد ذات الملمس ستكون غالبًا متباينة الخواص. غالبًا ما تكون المواد المنسجمة نتيجة لتقنيات المعالجة مثل الدرفلة الباردة وسحب الأسلاك والمعالجة الحرارية .

غالبًا ما تعتمد الخصائص الميكانيكية للمواد مثل معامل يونغ ، والطواعية ، وقوة الخضوع ، ومعدل الزحف في درجات الحرارة العالية ، على اتجاه القياس. ^{[9] خصائص} الموتر من الدرجة الرابعة ، مثل الثوابت المرنة، متباينة الخواص، حتى بالنسبة للمواد ذات التناظر المكعب. يربط معامل يونغ الإجهاد والانفعال عندما تتشوه مادة متباينة الخواص مرنًا؛ لوصف المرونة في مادة متباينة الخواص، تُستخدم موترات الصلابة (أو الامتثال) بدلاً من ذلك.

في المعادن، يتواجد سلوك المرونة المتباين الخواص في جميع البلورات المفردة مع ثلاثة معاملات مستقلة للبلورات المكعبة، على سبيل المثال. بالنسبة للمواد المكعبة ذات الوجه المركزي مثل النيكل والنحاس، تكون الصلابة أعلى على طول اتجاه <111>، عمودية على المستويات المزدحمة، وأصغر موازية لـ <100>. التنغستن متساوي الخواص تقريبًا في درجة حرارة الغرفة بحيث يمكن اعتباره له معاملي صلابة فقط؛ الألومنيوم هو معدن آخر متساوي الخواص تقريبًا.

بالنسبة للمواد المتجانسة، حيث معامل القص ، ومعامل يونج ، ونسبة بواسون للمادة . لذلك، بالنسبة للمواد المكعبة، يمكننا أن نفكر في التباين، باعتباره النسبة بين معامل القص المحدد تجريبيًا للمادة المكعبة وما يعادلها (المتجانس): $${\displaystyle G=E/[2(1+\nu )],}$$${\displaystyle G}$${\displaystyle E}$${\displaystyle \nu }$${\displaystyle a_{r}}$$${\displaystyle a_{r}={\frac {G}{E/[2(1+\nu )]}}={\frac {2(1+\nu )G}{E}}\equiv {\frac {2C_{44}}{C_{11}-C_{12}}}.}$$

يُعرف التعبير الأخير بنسبة زينر ، حيث يشير إلى الثوابت المرنة في صيغة فويجت (المتجه-المصفوفة) . بالنسبة للمواد المتساوية الخواص، تكون النسبة واحدة. ${\displaystyle a_{r}}$${\displaystyle C_{ij}}$

يتم التنازل عن تقييد نسبة زينر للمواد المكعبة في مؤشر التباين التنسوري A ^{T [10]} الذي يأخذ في الاعتبار جميع المكونات السبعة والعشرين لموتر الصلابة المتباين الخواص بالكامل. ويتكون من جزأين رئيسيين و ، يشير الأول إلى المكونات الموجودة في الموتر المكعب والأخير في الموتر المتباين الخواص بحيث يتضمن هذا المكون الأول نسبة زينر المعدلة ويأخذ في الاعتبار أيضًا الاختلافات الاتجاهية في المادة، والتي توجد في المواد المتعامدة الخواص ، على سبيل المثال. يغطي المكون الثاني من هذا المؤشر تأثير معاملات الصلابة التي تكون غير صفرية فقط للمواد غير المكعبة وتظل صفرية بخلاف ذلك. ${\displaystyle A^{I}}$${\displaystyle A^{A}}$${\displaystyle A^{T}=A^{I}+A^{A}.}$${\displaystyle A^{A}}$

تُظهر المواد المركبة المقواة بالألياف أو الطبقات خصائص ميكانيكية متباينة الخواص، بسبب اتجاه مادة التعزيز. في العديد من المواد المركبة المقواة بالألياف مثل ألياف الكربون أو المواد المركبة القائمة على ألياف الزجاج، يمكن لنسيج المادة (على سبيل المثال، النسيج أحادي الاتجاه أو النسيج البسيط) تحديد مدى تباين الخواص للمادة السائبة. ^[11] تسمح قابلية ضبط اتجاه الألياف بتصميمات قائمة على التطبيقات للمواد المركبة، اعتمادًا على اتجاه الضغوط المطبقة على المادة.

المواد غير المتبلورة مثل الزجاج والبوليمرات تكون عادة متجانسة الخواص. ونظرًا للتوجيه العشوائي للغاية للجزيئات الكبيرة في المواد البوليمرية، فإن البوليمرات توصف عمومًا بأنها متجانسة الخواص. ومع ذلك، يمكن هندسة البوليمرات ذات التدرج الميكانيكي بحيث يكون لها خصائص تعتمد على الاتجاه من خلال تقنيات المعالجة أو إدخال عناصر تحفز التباين الخواص. قام الباحثون ببناء مواد مركبة بألياف وفراغات متوازية لتوليد هلاميات مائية متجانسة ، من أجل محاكاة المادة اللينة البيولوجية المرتبة هرميًا. ^[12] يمكن للطباعة ثلاثية الأبعاد، وخاصة نمذجة الترسيب المندمج، أن تُدخل التباين الخواص في الأجزاء المطبوعة. ويرجع هذا إلى حقيقة أن FDM مصممة لبثق وطباعة طبقات من المواد البلاستيكية الحرارية. ^[13] وهذا يخلق مواد قوية عند تطبيق إجهاد الشد بالتوازي مع الطبقات وضعيفة عندما تكون المادة عمودية على الطبقات.

تُستخدم تقنيات الحفر المتباين الخواص (مثل الحفر العميق بالأيونات التفاعلية ) في عمليات التصنيع الدقيق لإنشاء سمات مجهرية محددة جيدًا بنسبة عرض إلى ارتفاع عالية . تُستخدم هذه السمات عادةً في الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة ( MEMS ) والأجهزة الميكروفلويدية ، حيث تكون هناك حاجة إلى تباين السمات لإضفاء الخصائص البصرية أو الكهربائية أو الفيزيائية المرغوبة للجهاز. يمكن أن يشير الحفر المتباين الخواص أيضًا إلى بعض المواد الكيميائية المستخدمة لحفر مادة معينة بشكل تفضيلي على مستويات بلورية معينة (على سبيل المثال، ينتج حفر هيدروكسيد البوتاسيوم للسيليكون [100] هياكل تشبه الهرم)

التصوير بالموتر الانتشاري هو تقنية تصوير بالرنين المغناطيسي تتضمن قياس التباين الجزئي للحركة العشوائية ( الحركة البراونية ) لجزيئات الماء في الدماغ. من المرجح أن تتحرك جزيئات الماء الموجودة في مسارات الألياف بشكل غير متماثل، لأنها مقيدة في حركتها (تتحرك أكثر في البعد الموازي لمسار الألياف بدلاً من البعدين المتعامدين عليه)، في حين أن جزيئات الماء المنتشرة في بقية الدماغ لها حركة أقل تقييدًا وبالتالي تظهر المزيد من التباين. يتم استغلال هذا الاختلاف في التباين الجزئي لإنشاء خريطة لمسارات الألياف في أدمغة الفرد.

غالبًا ما لا تكون حقول الإشعاع (انظر دالة توزيع الانعكاس ثنائي الاتجاه (BRDF)) من سطح عاكس متساوية الخواص في طبيعتها. وهذا يجعل حسابات إجمالي الطاقة المنعكسة من أي مشهد كمية صعبة الحساب. في تطبيقات الاستشعار عن بعد ، يمكن اشتقاق وظائف التباين الخواص لمشاهد محددة، مما يبسط بشكل كبير حساب الانعكاس الصافي أو (وبالتالي) الإشعاع الصافي للمشهد. على سبيل المثال، دع BRDF تكون حيث "i" تشير إلى اتجاه السقوط و"v" تشير إلى اتجاه المشاهدة (كما لو كانت من قمر صناعي أو أداة أخرى). ودع P تكون الانعكاس المستوي، والذي يمثل الانعكاس الكلي من المشهد. ${\displaystyle \gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})}$$${\displaystyle P(\Omega _{i})=\int _{\Omega _{v}}\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v}){\hat {n}}\cdot d{\hat {\Omega }}_{v}}$$ $${\displaystyle A(\Omega _{i},\Omega _{v})={\frac {\gamma (\Omega _{i},\Omega _{v})}{P(\Omega _{i})}}}$$

إنه أمر مثير للاهتمام لأنه، مع معرفة دالة التباين كما هو محدد، فإن قياس BRDF من اتجاه رؤية واحد (على سبيل المثال، ) يعطي مقياسًا لإجمالي انعكاس المشهد ( الانعكاس المستوي ) لهندسة الحادث المحددة (على سبيل المثال، ). ${\displaystyle \Omega _{v}}$${\displaystyle \Omega _{i}}$

• التناظر الدائري
• جميع الصفحات التي تحتوي عناوينها على كلمة anisotropy
• جميع الصفحات التي تحتوي عناوينها على anisotropic

• "نظرة عامة على التباين"
• حزمة التدريس والتعلم DoITPoMS: "مقدمة في علم التباين"
• "القياس، والنسيج المحبوك بشكل عام، هو ظاهرة متباينة الخواص"