¿QUE ES ANISOTROPÍA?

¿QUE ES ANISOTROPÍA?

En su sentido más amplio, la palabra anisotropía se refiere a que un medio es anisótropo si sus propiedades dependen de la dirección en que sean observadas.

Es la propiedad general de materia según la cual cualidades como: elasticidad, temperatura, conductividad, velocidad de propagación de la luz, etc. varían según la dirección en que son examinadas. Algo anisótropo podrá presentar diferentes características según la dirección. La anisotropía de los materiales es más acusada en los sólidos cristalinos, debido a su estructura atómica y molecular regular.

En un sentido más general, se habla de anisotropía cuando se produce cualquier cambio de escala de una figura o un cuerpo, como en un gráfico x-y, con factores distintos (o en dependencia de una función) en cada coordenada.

Por ejemplo, en la vida cotidiana podemos percibir la anisotropía en variedad de situaciones. Entre ellas:

Caminar por un tejado. Dado que las tejas se colocan en el techo en la distribución usual, sabemos que no es lo mismo caminar (”propagarse”) a lo largo de ellas que atravesándolas. Si nuestra propiedad bajo observación es la sensación que produce en los pies caminar por un tejado con los ojos cerrados, podemos decir que el tejado es un medio que, respecto a dicho parámetro, es anisótropo.

Caminar por un empedrado fino. Esta experiencia, a diferencia de la anterior, podría dar la sensación subjetiva de isotropía, ya que sentiríamos lo mismo al caminar en cualquier dirección. Sin embargo, una tortuga podría no pensar lo mismo, y encontrar incluso una dirección en la que su andar sea más ligero. Asimismo, un pequeño escarabajo diría que desde su punto de vista, el empedrado es un medio heterogéneo.

¿QUE ES ISOTRIPÍA?

La isotropía, es la característica de algunos cuerpos cuyas propiedades físicas no dependen de la dirección en que son examinadas. Es decir, se refiere al hecho de que ciertas magnitudes vectoriales conmensurables dan resultados idénticos independientemente de la dirección escogida para dicha medida. Cuando una determinada magnitud no presenta isotropía se dice que presenta anisotropía.

Por lo tanto esto nos lleva a conocer que las sustancias isotrópicas presentan siempre el mismo comportamiento independientemente de la dirección, mientras que en las anisotrópicas las propiedades varían con la dirección. En el caso de la luz, los cristales anisótropos presentan distintos valores de sus índices de refracción en función de la dirección en que sobre la luz al atravesar el cristal.

MEDIOS ANISOTRÓPICOS        

Son propiedad que presentan ciertos cuerpos consistentes en la dependencia de sus propiedades de la dirección que en ellos se considere. El fenómeno de la anisotropía es debido a la ordenación espacial de los átomos en la red cristalina y afecta a las propiedades mecánicas, eléctricas y ópticas de los materiales.

Los medios anisotrópicos se caracterizan por presentar distintas propiedades ópticas, eléctricas o mecánicas para distintas direcciones. En óptica los medios anisótropos se usan principalmente en la fabricación de componentes que modifican el estado de polarización de la luz.

En resumen, Un medio anisótropo, es aquel en el que las propiedades del medio, dependen de la dirección escogida. Por propiedades, se entiende todo tipo de propiedades, ya pueden ser eléctricas, magnéticas, ópticas. Si nos centramos en las ópticas.

Es sabido la relación entre el vector desplazamiento y el vector campo eléctrico[pic 1]. Donde [pic 2] es la constante dieléctrica del medio. Esta relación es válida únicamente si el medio es isótropo (no hay direcciones preferentes), para medios anisótropos, la cosa cambia, en ellos [pic 3] es un tensor,[pic 4]. Es plausible debido a que depende de la dirección que dicho tensor sea simétrico, [pic 5].        
[pic 6]

Dado que [pic 7] es simétrico, entonces también es diagonalizable. Sean [pic 8] sus autovalores, que reciben el nombre de constantes dieléctricas principales. Entonces existe una base en la que se puede escribir:

[pic 9]

Es verdaderamente importante, el hecho de que cuando el tensor es diagonal con todos su autovalores iguales, entonces el medio es isótropo.
Así aparecen los índices de refracción principales para un medio anisótropo, basta con tener en cuenta la relación [pic 10] que para este caso dará lugar a tres índices:

[pic 11]

Y definidos índices de refracción, podemos definir unas velocidades principales:

[pic 12]

Existe otro formalismo similar a este para llegar a los índices y a las constantes dieléctricas principales, basado en elipsoides (elipsoide de Fresnel) que es verdaderamente útil, pero no entraremos en detalle.

COMPOSICIÓN Y COMPORTAMIENTO DE LOS MEDIOS ANISOTRÓPICOS ANTES LAS MICROONDA        

Composición de los medios Anisotrópicos: Los anisotrópicos están compuestos por cristales anisótropos y polarizadores dicroicos.

• Cristales anisótropos: La anisotropía de estos medios está relacionada con su estructura cristalina. La constante dieléctrica, ε, que en los medios isótropos es un escalar, en los cristales anisótropos es un tensor. Debido a ello en estos medios se produce el fenómeno de la birrefringencia o doble refracción. Un cristal birrefringente, como la calcita o el cuarzo, separa los haces de luz monocromática en dos haces con polarizaciones ortogonales entre sí y que en general se propagan en direcciones diferentes y con distintos índices de refracción (o lo que es lo mismo, distintas velocidades). Dependiendo de si el medio es uniáxico o biáxico, habrá una o dos direcciones (ejes ópticos) para las cuales los dos haces se propagarán paralelos y a la misma velocidad.        
  
• Polarizadores: Para polarizar la luz en el visible se suelen emplear dos tipos de polarizadores: los polarizadores dicroicos y los polarizadores birrefringentes.
  

Los polarizadores dicroicos están hechos de láminas de materiales dicroicos, que se caracterizan por tener un coeficiente de absorción muy elevado en una determinada dirección (eje de absorción) y prácticamente nulo en la dirección perpendicular (eje de transmisión). Estos polarizadores se suelen denominar polaroides, son de reducido coste y se pueden fabricar en láminas de hasta 1 m de diámetro. Su principal desventaja está en que el grado de polarización de la luz que producen depende de la longitud de onda.        

Comportamiento de los Medios Anisotrópicos:        

Las aleaciones corrientes están constituidas por millones de pequeños cristales y, si están orientados al azar, las propiedades medias son las mismas en todas las direcciones, esto hace que el material sea isótropo. Sin embargo, como resultado de los procesos de colada, laminado o tratamientos térmicos, es posible que los granos de una barra policristalina adopten una orientación casi idéntica en cuyo caso la barra presentará un comportamiento anisótropo que, por ejemplo, puede hacer aumentar en gran medida su rigidez en una dirección.

En cuanto a las propiedades eléctricas, un aspecto interesante de la resistividad es su dependencia de la dirección de la corriente eléctrica en los monocristales de metales no cúbicos. Esta anisotropía de la resistividad se utiliza en dispositivos eléctricos especiales.

Algunos materiales son ópticamente anisótropos, es decir, la velocidad de la luz depende de la dirección en que ésta se propague a través de ellos y esto da lugar al fenómeno de la doble refracción. Otros materiales anisótropos, como la turmalina o la materia plástica transparente llamada polaroid, sólo transmiten la luz orientada en ciertas direcciones de manera que convierten la luz no polarizada en luz polarizada y pueden funcionar como polarizadores.

Las sustancias isotrópicas presentan siempre el mismo comportamiento independientemente de la dirección, mientras que en las anisotrópicas las propiedades varían con la dirección. En el caso de la luz, los cristales anisótropos presentan distintos valores de su índice de refracción en función de la dirección en que vibre la luz al atravesar el cristal.

La anisotropía es una consecuencia de la estructura interna del mineral. Si carece de organización interna (minerales amorfos) o si presenta una organización muy regular son isótropos, los demás son anisótropos.

Los minerales que cristalizan en el Sistema Cúbico (o Regular), es decir, el de máxima simetría, con sus átomos o iones igualmente distribuidos en las tres direcciones principales del espacio, son isótropos. Los pertenecientes al resto de los sistemas cristalinos (hexagonal, trigonal, tetragonal, rómbico, monoclínico y triclino) son anisótropos, las disposiciones de sus elementos constituyentes varían con la dirección y por tanto su elasticidad para las ondas luminosas también es diferente.

Doble refracción

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