Наука и техника против маразма, за ФИЗИКУ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

Пипси, вот ответ на ваш вопрос!

 

Как изменяется Диаграмма «давление-объём» если в качестве рабочего тела взять кристалл (допустим алмаза) и изменять приложенное к нему давление?

 

Давление высокое, в широком смысле — давление, превышающее атмосферное; в конкретных технических и научных задачах — давление, превышающее характерное для каждой задачи значение. Столь же условно встречающееся в литературе подразделение Д. в. на высокие и сверхвысокие.

Длительно действующее Д. в. называют статическим, кратковременно действующее — мгновенным или динамическим.

В покоящихся газах и жидкостях Д. в. является гидростатическим: на любую свободную поверхность, граничащую со сжатой средой, действуют только нормальные напряжения, величина которых не зависит от ориентировки поверхности и (с точностью до давления, обусловленного собственным весом сжатой среды) одинакова во всём объёме. Твёрдые тела обладают конечным сопротивлением сдвигу (в жидкостях при достаточно медленном нагружении оно равно нулю), поэтому напряжённое состояние твёрдого тела определяется как нормальными, так и касательными напряжениями (напряжениями сдвига). При сжатии твёрдой среды в ней возникает сложная система механических напряжений, которые в общем случае изменяются от одной точки тела к другой. Средним давлением (средним нормальным напряжением) в данной точке тела называется среднее арифметическое значение нормальных напряжений в трёх взаимно перпендикулярных направлениях.

Перепад среднего давления в сжимаемом теле и напряжения сдвига вносят известную неопределённость в экспериментально определяемые значения Д. в. в твёрдом веществе; Д. в. в этом случае называют квазигидростатическим. Чем меньше величина напряжений сдвига по сравнению со средним нормальным напряжением, тем ближе квазигидростатическое Д. в. к гидростатическому. Термин «Д. в.» употребляется для обозначения как гидростатического, так и квазигидростатического давления.

В физике в качестве единицы Д. в. применяют обычно килобар (1 кбар == 108 н/м2 1019,7 кгс/см2).

В природе статические Д. в. существуют в первую очередь благодаря действию тяготения (гравитации). Гравитационное поле Земли создаёт в горных породах статическое давление, изменяющее от атмосферного в поверхностных слоях до ~ 3,5•103 кбар в центре планеты. Большая часть Земли находится под действием статического Д. в. и высоких температур, достаточных для изменения физических и химических свойств минералов и минерального состава горных пород (рис. 1). Статическое Д. в. в центре Солнца составляет ~ 107 кбар, а в центре звёзд белых карликов оно предполагается равным 1010—1012 кбар.

Динамическое Д. в. в природных условиях возникает при взрывах, падении метеоритов, вулканической деятельности и тектонических движениях.

В технике Д. в. до 3 кбар были получены при сгорании пороха в огнестрельном оружии ещё в 13—14 вв. Статические Д. в. такого же порядка были достигнуты с помощью насосов и прессов только во 2-й половине 19 в.

Значительно усовершенствовались методы получения Д. в. в 20 в., в частности в результате работ П. У. Бриджмена. Особенно широко исследования при Д. в. развернулись после 2-й мировой войны. В СССР центром исследований при статическом Д. в. является Институт физики высоких давлений АН СССР (см. Физики высоких давлений институт).

Благодаря развитию техники Д. в., опирающейся на успехи машиностроения и металлургии, а также на достижения в создании и применении взрывчатых веществ, к концу 1960-х гг. получены статические Д. в. до ~ 2•103 кбар и динамические до 104 кбар (рис. 2), а при подземных взрывах до ~3(104 кбар.

Область применений Д. в. очень широка. В сочетании с высокой температурой Д. в. используются в металлургии (прокатка, ковка, штамповка, горячее прессование), в керамическом производстве, при синтезе и обработке полимеров и в др. отраслях промышленности. При Д. в. синтезируют вещества и осуществляют химические реакции, которые в иных условиях затруднены или невозможны, например синтез аммиака (до 1 кбар, 400°C), синтез метилового спирта (до 0,5 кбар, 375°C), гидрогенизация углей (до 0,7 кбар, 500°C) и др. Большое промышленное значение имеет гидротермальный синтез крупных и совершенных кристаллов кварца (~1 кбар, несколько сотен град.), применяемых как сырьё для оптических изделий и пьезоэлектрических датчиков.

Интерес к физике и химии Д. в. стимулируется потребностями современной техники в материалах со специальными свойствами (в частности, абразивных, полупроводниковых и др.), а также потребностями в создании прогрессивных методов обработки металлов (см., например, Прессование). Многие направления исследований при Д. в. определяются интересами теории твёрдого тела и геофизики, развитие которых связано с получением новых экспериментальных данных о свойствах веществ при сжатии их до состояний с высокой плотностью.

К наиболее известным достижениям физики и химии Д. в. 2-й половине 20 в. в области статических давлений относится имеющее большое научное и практическое значение искусственное получение алмаза (выше 50 кбар и 1400°C), синтез боразона (выше 40 кбар и 1400°C) — соединения, по твёрдости близкого к алмазу, а также получение плотных кристаллических модификаций кремнезёма (5102) — коусита (от 35 кбар и 750°C и выше) и стишовита (от 90 кбар, 600°C и выше), представляющих большой интерес для наук о Земле. В области динамического Д. в. — мирное и военное использование взрыва, исследование изменения плотности и фазовых переходов в ряде веществ при Д. в. и температурах, недоступных статическим Д. в.

Поведение веществ в условиях Д. в. Непосредственным результатом действия Д. в. является сжатие вещества (увеличение его плотности). Под Д. в. энергетически выгодным становится то направление физических и химических процессов, которое ведёт к уменьшению объёма всех взаимодействующих веществ (при условии сохранения их массы, см. Ле Шателье — Брауна принцип).

Д. в. влияет и на скорость (кинетику) физических и химических процессов, причём Д. в. может их как ускорять, так и замедлять. Ускорение некоторых химических реакций наблюдается, например, в газах (благодаря увеличению частоты столкновений между молекулами в результате увеличения плотности), а замедление, например, некоторых фазовых превращений — в сплавах (из-за уменьшения скорости диффузии, уменьшения равновесной концентрации вакансии и т. д.). Поэтому многие практические важные процессы при Д. в. проводятся при высокой температуре, которая увеличивает подвижность частиц и тем самым ускоряет достижение равновесного состояния.

При сжатии вещества действующие на него извне силы давления совершают механическую работу и увеличивают тем самым энергию тела — внутреннюю, если не происходит теплообмена с окружающей средой (изоэнтропийный процесс, сопровождающийся нагреванием тела), или свободную, если температура сжимаемого тела не меняется (изотермический процесс). На практике к изотермическим часто относят процессы статического сжатия, при которых температуру тела можно считать постоянной. Если в результате сжатия температура тела повышается, то в нём развивается большее давление, чем при изотермическом сжатии (при одинаковых начальных условиях и одинаковой степени сжатия, т. е. относительной плотности).

Давление в газах имеет тепловое происхождение: оно связано с передачей импульса находящимися в тепловом движении молекулами (при их столкновениях). В конденсированных фазах (жидкостях, твёрдых телах) различают упругую и тепловую составляющие Д. в. Первая, называемая «холодным» давлением (px), связана с упругим взаимодействием частиц при уменьшении объёма тела, а вторая — с их тепловым движением, обусловленным повышением температуры при сжатии. При статическом сжатии тепловая составляющая много меньше упругой, при сжатии в сильной ударной волне обе составляющие сравнимы по величине, их сумму называют «горячим» давлением (pr).

Уменьшение межатомных (межмолекулярных) расстояний при сжатии приводит в конечном счёте к деформации молекул и внешних электронных оболочек атомов, к изменению характера межатомных взаимодействий, что неизбежно сказывается на физических и химических свойствах вещества. Например, при статическом сжатии в пределах нескольких кбар или первых десятков кбар изменяются условия взаимной растворимости газов (см. Растворы); плотность газов сравнивается с плотностью жидкостей, жидкости затвердевают (при комнатной температуре и давлении до 30—50 кбар); многие кристаллические вещества испытывают превращения с образованием новых кристаллических форм (полиморфные превращения); наблюдаются переходы твёрдых диэлектриков и полупроводников в металлическое состояние и т. д.

Когда плотность вещества становится в 10 и более раз выше плотности твёрдых тел при нормальных условиях, что соответствует давлению ~ 1012 кбар, зависимость плотности r от «холодного» давления приближается к предельной и для всех веществ оказывается одинаковой: r5/3~px. В принципе, при столь высоких давлениях ядра полностью ионизованных атомов могут сближаться и, преодолев потенциальный барьер, вступать в ядерные реакции.

При достаточно высоких давлениях, но температурах ниже температуры вырождения вещество переходит в вырожденное состояние, при котором энергия и давление не зависят от температуры (см. Вырожденный газ, Вырождения температура).

Ниже описываются некоторые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел в экспериментально доступном диапазоне Д. в. При Д. в. до 30—50 кбар исследуются вещества во всех агрегатных состояниях. При больших Д. в. главным объектом физических исследований является твёрдое тело.

Физические свойства индивидуального вещества в твёрдом состоянии могут быть разделены на три основные группы. К 1-й группе относят свойства, связанные с т. н. явлениями на молекулярном уровне: движением атомов (молекул), точечных дефектов в кристаллах, дислокаций и т. д. Этими явлениями определяются, например, диффузия, фазовые переходы, разрушение под действием механических нагрузок и ряд др. физических свойств твёрдого тела. Ко 2-й группе относят свойства, определяемые характером основного (невозбуждённого — см. Твёрдое тело) состояния кристалла, т. е. взаимным расположением атомов, средним расстоянием между ними и колебаниями кристаллической решётки при абсолютном нуле температуры: упругость, сжимаемость, электропроводность металлов, ферромагнетизм. К 3-й группе — свойства, связанные в первую очередь с видом возникающих в твёрдом теле элементарных возбуждений — квазичастиц (фононов, экситонов и др.) и их взаимодействием (например, зависимость сжимаемости, электропроводности, магнитных эффектов от температуры, магнитного поля, электромагнитного излучения и др. внешних параметров). Теоретическое описание последней группы свойств возможно лишь для тел, имеющих температуру, близкую к абсолютному нулю, поэтому большое значение имеют опыты при Д. в. и сверхнизких температурах. Микроскопическая теория влияния Д. в. на первые две группы свойств развита недостаточно, но имеется довольно обширный экспериментальный материал.

На рис. 3—6 приведены зависимости от давления объёма (плотности) веществ в газообразном, жидком и твёрдом состояниях. После снятия Д. в. первоначальный объём газов, жидкостей и твёрдых тел (не содержащих пор и посторонних включений) восстанавливается. Свойство тел обратимо изменять свой объём под давлением называется сжимаемостью или объёмной упругостью. Сжимаемость обусловлена действием межатомных сил и поэтому является важнейшей характеристикой вещества. Наибольшей сжимаемостью обладают газы. Плотность газов под Д. в. в 10 кбар увеличивается в сотни раз (при комнатной температуре), жидкостей в среднем на 20—30%, твёрдых тел — на 0,5—2%. С ростом давления сжимаемость уменьшается — кривые на графиках становятся более пологими. При 30—50 кбар сжимаемость большинства исследованных жидкостей различается не более чем на 10% и приближается (при не очень высоких температурах) к сжимаемости твёрдой фазы. Наименее сжимаемы вещества с наиболее сильной межатомной связью (например, алмаз, а из металлов — тугоплавкие иридий и рений) (рис. 5, 6). При наибольшем достигнутом динамическом Д. в. (~3(104 кбар) плотность железа и свинца увеличивается соответственно в 2,5 и 3,3 раза. Простые вещества (химические элементы), имеющие больший атомный объём, имеют и большую сжимаемость. Атомный объём является периодической функцией атомного номера Z элемента (см. Атом). Поэтому с ростом давления периодичность зависимости атомного объёма (и сжимаемости) от Z сглаживается (рис. 7), что отражает изменение строения внешних электронных оболочек атомов и свидетельствует об изменении физических и химических свойств элементов под Д. в.

Увеличение плотности и уменьшение сжимаемости вещества под Д. в. приводит к росту скорости упругих волн (скорости звука): у металлов, ионных кристаллов при 10 кбар — на несколько процентов, у газов — в несколько раз. При динамическом Д. в. в несколько тыс. кбар скорость упругих волн в металлах возрастает примерно в 2 раза. С увеличением плотности газов и жидкостей растет их вязкость. В отличие от большинства др. свойств, зависимость вязкости от давления имеет положительную производную: при последовательном росте Д. в. на определённую величину увеличение вязкости возрастает (рис. 8).

У кристаллических тел Д. в. увеличивает пластичность: при одноосном растяжении (сжатии) разрушение наступает, как правило, после большей деформации, чем при атмосферном давлении. Характер излома малопластичных металлов под Д. в. меняется от хрупкого к вязкому (рис. 9), несколько увеличивается и прочность. Это объясняется тем, что Д. в. способствует залечиванию дефектов строения (микротрещин и др.) в процессе пластического деформирования кристаллических тел. При сдвиге под Д. в. у металлов и ионных кристаллов с ростом давления наблюдается рост сопротивления сдвигу (например, y NaCI в интервале 10—50 кбар примерно в 3,3 раза), а у горных пород и стекол наблюдаются разупрочнение, потеря сплошности и др. явления.

Резкое изменение физических свойств, например плотности (рис. 10) или электрического сопротивления (рис. 11), наблюдается у твёрдых тел при фазовых переходах под Д. в. (полиморфных превращениях, плавлении).

Из двух кристаллических модификаций одного и того же вещества большей плотностью обладает модификация, устойчивая при более высоком давлении. Разница в плотности двух модификаций может достигать 30—40%, но в большинстве случаев она меньше. В отличие от плотности, электрическое сопротивление металлов при полиморфных переходах может как уменьшаться, так и возрастать. Скачки электрического сопротивления некоторых металлов (например, Bi и Ba, см. рис. 11) при полиморфных переходах используются для градуировки аппаратуры Д. в. (см. ниже). Обычно при снижении Д. в. происходит обратное превращение и вещество возвращается в менее плотную модификацию. Методом рентгеновского структурного анализа установлено, что, как правило, под Д. в. образуются структуры, известные для др. элементов и соединений при нормальных условиях. Многие полиморфные превращения осуществляются при совместном воздействии Д. в. и высоких температур. В этих случаях более плотную модификацию часто удаётся сохранить в нормальных условиях, применив закалку под Д. в. Для этого сначала резко снижают температуру, а затем давление (до атмосферного). Закалкой пользуются, в частности, при синтезе алмаза, боразона, многих минералов.

По экспериментальным данным о давлении фазовых переходов при различных температурах строят т. н. фазовые диаграммы, изображающие области стабильности кристаллических модификаций и расплава индивидуальных веществ (рис. 12). температура плавления (Тпл) большинства веществ возрастает с давлением (рис. 13). У NaCI и KCl, которые при атмосферном давлении плавятся при температуре около 800°C, при динамическом сжатии плавление наблюдалось при 3200°C (540 кбар) и 3500°C (330 кбар) соответственно. Весьма значительно повышение температуры плавления с давлением у органических веществ; у бензола, например, при атмосферном давлении Тпл = 5°С, а при 11 кбар Тпл = 200°C. Известны т. н. аномальные вещества (H2O, Bi, Ga, Ge, Si и др.), у которых Тпл в определённом интервале Д. в. понижается с ростом давления, т. к. жидкая фаза у этих веществ плотнее соответствующей ей кристаллической модификации. После полиморфного перехода с образованием более плотной кристаллической модификации ход кривой плавления этих веществ становится нормальным (у воды, например, выше 2 кбар, у Bi ~ 18 кбар).

Электрическое сопротивление ряда металлов под Д. в. уменьшается (у Со, Ag, A1 и др. на 15—20% при 100 кбар, см. рис. 14). Качественно это объясняется уменьшением амплитуды колебаний атомов в кристаллической решётке и соответствующим уменьшением рассеяния решёткой электронов проводимости. У щелочных, щёлочноземельных, редкоземельных металлов зависимость электрического сопротивления от Д. в. сложнее (см. рис. 11), что обусловлено изменением под действием давления формы Ферми поверхности и перекрытием энергетических зон твёрдого тела. У полупроводников и диэлектриков при Д. в. появляется характерная для металлов высокая электропроводность (электроны благодаря перекрытию энергетических зон переходят из т. н. валентной зоны в зону проводимости). Изменение типа проводимости может носить как постепенный (под при 160—240 кбар), так и резкий характер (селен около 130 кбар). Тенденция к переходу в металлическое состояние является, по-видимому, общей для всех веществ при достаточно высоких давлениях. Например, у серы переход в металлическое состояние наблюдается при 200 кбар, для водорода вычисленное значение Д. в. появления металлической проводимости составляет ~(1—2)·103 кбар, для гидрида лития ~(25—30)·104 кбар, гелия ~9·104 кбар. Иногда смещение энергетических зон в определённом интервале давлений вызывает обратный эффект, например металлический иттербий в интервале 20—40 кбар ведёт себя как полупроводник, а при дальнейшем повышении Д. в. испытывает полиморфный переход с образованием новой металлической модификации.

Электронная структура твёрдых тел под Д. в. исследуется также оптическими метолами и методами, использующими ряд тонких физических эффектов (см. Холла эффект, Циклотронный резонанс, Мёссбауэра эффект). Сведения об электронном строении металлов и взаимодействии электронов с фонолами под Д. в. дают также исследования сверхпроводимости. температура перехода металлов и сплавов в сверхпроводящее состояние под действием Д. в. изменяется: понижается у всех непереходных металлов (например, у Sn, In, AI, Cd, Zn) и повышается у ряда переходных металлов (Nb, V, Ta, La, U и др.) и некоторых сплавов. Некоторые простые вещества (Si, Ge, Te, Se, Р), не относящиеся к сверхпроводникам при атмосферном давлении, имеют при Д. в. сверхпроводящие модификации. Образование таких модификаций у Si, Ge, Te (полупроводников в нормальных условиях) происходит, соответственно, при 120, 115 и 45 кбар. К наиболее известным магнитным эффектам Д. в. относится сдвиг температуры превращения ферромагнетика в парамагнетик (Кюри точки, рис. 15).

Способы создания Д. в. Динамические Д. в. получают с помощью взрыва, искрового разряда, импульсного изменения магнитного поля и главным образом инерционных методов — торможения сжимаемым телом др. тела, летящего с большой скоростью.

При резком и значительном смещении поверхности тела, вызванном одним из этих способов, возникает ударная волна. Ударное сжатие сопровождается значительным разогревом вещества: температура поваренной соли и свинца, сжатых до 1000 кбар, составляет -~9·103°C, а меди и вольфрама, соответственно, 1500 и 750°C. При неограниченном возрастании давления степень сжатия за фронтом ударной волны не превосходит некоторого предельного значения (для металлов 5—7 в зависимости от температуры). Это обусловлено ростом давления в основном за счёт его «тепловой» составляющей. В изотермическом и изоэнтропийном процессах этого ограничения нет.

Путём динамического сжатия можно достигать Д. в. в несколько десятков раз большего, чем статическими методами. Однако время действия динамических давлений ограничивается тысячными долями сек., тогда как в случае статического Д. в. его можно удерживать в течение часов и даже дней при заданном температурном режиме.

Статические Д. в. получают механическими или тепловыми методами. В первых используют: а) насосы и компрессоры, которыми сжимаемое вещество (жидкость или газ) нагнетается в замкнутый объём или проточную систему; известны конструкции гидравлических компрессоров на давления до 16 кбар; б) аппараты, в которых масса сжимаемого вещества остаётся постоянной (или почти постоянной), а объём, занимаемый этой массой, уменьшается под действием внешних сил; аппараты этого типа позволяют получать максимальные (до ~ 2·103 кбар) статические давления, принцип их действия весьма прост: большая сила, создаваемая обычно гидравлическим прессом, сосредоточивается на малой площади, на которой и развивается Д. в. (см. рис. 16).

В установках по схеме рис. 16, а (типа «цилиндр — поршень») Д. в. создаётся в цилиндре, в который под действием внешней силы вдвигается поршень. В таких аппаратах для передачи Д. в. можно применять твёрдые тела, жидкости и газы. Предел применимости аппаратов типа, изображенного на рис. 16, а, ограничивается прочностью материала поршней из твёрдых сплавов и составляет ~50 кбар.

Д. в., превосходящее предел прочности конструкционных материалов, достигается применением ряда способов усиления конструкций: 1) поддержкой всей установки или наиболее нагруженных её элементов сжатым пластичным веществом или жидкостью; 2) созданием системы напряжений сжатия в поршнях за счёт упругой деформации сосуда, который в свою очередь скрепляется набором напрессованных снаружи колец; 3) уменьшением напряжений в стенках сосуда делением их на секторы (многопуансонные установки, в которых подвижные пуансоны являются одновременно стенками камеры, рис. 16, б — е). Комбинация способов 1) и 2) позволяет повысить Д. в. в аппаратах с цилиндрическими поршнями до 70— 100 кбар.

В аппаратах с коническими или пирамидальными пуансонами реализуются все три способа. Д. в. создаётся в них сближением 2,3,4,6 и более пуансонов, которые смыкаются под углом к направлению действия силы. В этих аппаратах для передачи давления используют известняк, тальк, бор и др. твёрдые вещества. На установках такого типа проводились измерения оптического поглощения (через алмазные пуансоны) до 160—170 кбар, эффекта Мёссбауэра до ~ 250 кбар, сжимаемости (рентгеноструктурным методом) и электропроводности до 500 кбар. В двухступенчатых многопуансонных аппаратах было получено статическое давление около 2•103 кбар, при котором исследовались необратимые изменения плотности стекол.

В камерах с твёрдой сжимаемой средой Д. в. определяется либо расчётным путём (в камерах по схеме 16, а), либо с помощью градуировки (в более сложных камерах). Градуировка заключается в установлении зависимости давления в сжатой среде от усилия, приложенного к пуансонам. Градуировка может, например, производиться по скачкам электрического сопротивления, сопровождающим полиморфные переходы в некоторых металлах. Задача градуировки камер пока полностью не решена.

В твёрдой среде температуры до +1500—3000°C в стационарном режиме и более высокие — в импульсном режиме создаются с помощью внутренних электрических нагревателей (сопротивления). Для получения температур от — 196 до 400 °С применяются наружные нагреватели и холодильники, а в случае более низких температур — криогенная техника.

Оптические исследования осуществляют через окна, изготовленные из материалов, прозрачных в определённой части спектра: алмаза, сапфира, хлористого натрия — в оптическом диапазоне; алмаза, бериллия — в рентгеновской области. Рентгеновское и гамма-излучение может быть пропущено (в камерах по схеме 16, б) также через зазоры между пуансонами.

В аппаратах, основанных на тепловых методах, Д. в. создаётся либо повышением давления в газах или жидкостях при их нагревании в замкнутом сосуде (в отдельных установках достигнуты Д. в. в газах до 30—40 кбар), либо в результате расширения «аномальных» (см. выше) жидкостей при затвердевании. Сжимаемое тело окружают жидкостью, охладив которую до затвердевания в замкнутом объёме, получают фиксированное Д. в. (в случае воды, например, около 2 кбар).

Лит.: Бриджмен П. В., Физика высоких давлений, пер. с англ., М. — Л., 1935; его же. Новейшие работы в области высоких давлений, пер. с англ., М., 1948; его же, Исследования больших пластических деформаций и разрыва, пер. с англ., М., 1955; Верещагин Л. Ф., Физика высоких давлений и искусственные алмазы, в сборнике: Октябрь и научный прогресс, кн. 1, М., 1967, с. 509; Верещагин Л. Ф., Ицкевич Е. С. и Яковлев Е. Н., Физика высоких давлений, в сборнике: Развитие физики в СССР, кн. 1, М., 1967, с. 430: Дремин А. Н., Бреусов О. Н., Процессы, протекающие в твёрдых телах под действием сильных ударных волн, «Успехи химии», 1968, т. 37, в. 5; Альтшулер Л. В., Баканова А. А., Электронная структура и сжимаемость металлов при высоких давлениях. там же, 1968, т. 96, в. 2; Циклис Д.С., Техника физико-химических исследований при высоких давлениях, 2 изд., М., 1958; Рябинин Ю. Н., Газы при больших плотностях и высоких температурах, М., 1959; Гоникберг М. Г., Высокие и сверхвысокие давления в химии, 2 изд., М., 1968; Современная техника сверхвысоких давлений, пер. с англ., М., 1964; Пол В., Варшауэр Д. [ред.]. Твердые тела под высоким давлением, пер. с англ., М., 1966;

Бранд Н. Б., Гинзбург Н. И., Сверхпроводимость при высоких давлениях, «Успехи физических наук», 1969, т. 98, в. 1; Жарков В. Н., Калинин В. А., Уравнения состояния твёрдых тел при высоких давлениях и температурах, М., 1968; Кормер С. Б., Оптические исследования свойств ударносжатых конденсированных диэлектриков, «Успехи физических наук», 1968, т. 94, в. 4.

Л. Д. Лившиц.


Рис. 14. Зависимость относительного электрического сопротивления R/R0 металлов от давления. Значения R/R0 отложены по вертикальной оси (R0 — электрическое сопротивление при нормальном давлении, R — при высоком давлении).


Рис. 3. Зависимость относительной плотности (d = r/r0) газообразного азота от давления р, где r0 — плотность при 1 am и 0°С.


Рис. 5. Зависимость относительного объёма твёрдых тел от давления.


Рис. 1. Границы областей существования некоторых минералов. Над чертой даны названия фаз высокого давления, под чертой — фаз низкого давления. М — поверхность Мохоровичича под континентами.


Рис. 8. Зависимость вязкости жидкостей от давления при комнатной температуре.


Рис. 13. Зависимость температуры плавления металлов от давления.


Рис. 9. Фотографии образцов стали, разорванных при осевом растяжении в условиях различных гидростатических давлений в жидкости, окружающей образец (а — атмосферное давление; б — 8,5 кбар; в — 16,5 кбар). Уменьшающаяся от а к в площадь поверхности разрыва указывает на увеличение пластичности стали с ростом давления.


Рис. 6. Изменение плотности некоторых металлов при ударном сжатии.


Рис. 16. Схемы аппаратов высокого давления: а — аппарат «цилиндр — поршень»; б — «наковальни» Бриджмена; в — установка с коническими пуансонами; г — «наковальни», погруженные в пластичную среду, сжатую до меньшего давления; д и е — «тетраэдрическая» и «кубическая» установки (пуансон, обращенный к зрителю, не изображен); отдельно показана форма сжимаемого тела; 1 — пуансон (поршень); 2 — сосуд высокого давления; 3 — сжимаемый образец; 4 — среда, передающая давление. Стрелками показаны направления действия сил.


Рис. 4. Зависимость относительного объёма жидкости от давления.


Рис. 2. Экспериментально освоенный диапазон давлений и температур: I — прессование в промышленности; II — гидро—термальные процессы; III — гидростатические давления (в газах и жидкостях); IV — диапазон давлений, освоенный к 1950—м гг. (Бриджмен); V — статические давления (до 200 кбар) при высоких температурах (к 1970—м годам); VI — статические давления (до 300 кбар) при сверхнизких температурах; VII — давления, создаваемые ударными волнами (до ~ 104 кбар при температурах свыше 3000° С); VIII — cтатические давления (до ~ 500 кбар) при комнатной температуре.


Рис. 12. Фазовая диаграмма железа. Показаны области существования кристаллических модификаций железа (a,d,g и e) и строение соответствующих элементарных ячеек.


Рис. 10. Изменение объёма (плотности) некоторых простых веществ при полиморфных переходах. Величина вертикальной ступеньки на каждой кривой соответствует изменению объёма при переходе.


Рис. 7. Зависимость атомных объёмов V элементов (в см3/г—атом) от порядкового номера Z: а — при нормальных условиях; б — при давлении 1 Мбар; в — вычисленные данные для 10 Мбар.


Рис. 15. Изменение температуры Кюри под давлением у различных магнитных материалов: 1 — (MnZn)Fe2O4, 2 — La0, 75 Sr0, 25MnO3, 3 — Ni, 4 — сплав Ni—Cu (67%Ni), 5 — алюмель (94%Ni), 6 — Cd, 7 — сплав Fe — Ni(64%Fe), 8 — сплав Fe — Ni(70%Fe).


Рис. 11. Изменение относительного электрического сопротивления металлов, испытывающих полиморфные переходы при высоких давлениях. Шкала 0—2,0 — для Bi, Pb; шкала 0—5 — для Ba, Fe; шкала 0—100 — для Rb, Ca, Cs.

 

https://ru.wikipedia.org/wiki/Алмаз
https://ru.wikipedia.org/wiki/Синтетические_алмазы
https://ru.wikipedia.org/wiki/Графит
https://ru.wikipedia.org/wiki/Углерод

Алмаз


Алмаз (adamas, adamant, diamond). Старое название алмаза - адамас. Греческое слово "адамас" (αδαμας) означает "непобедимый", "непреодолимый". Поначалу старинное название алмаза "адамас" не обозначало драгоценный камень; греческие летописцы использовали его, описывая очень прочные металлы и сплавы (в частности, сталь), которые казались несокрушимыми по сравнению с бронзой. В английском языке используются слова, которые происходят от старого названия алмаза "адамас", это: adamant (1 - алмаз; 2 - непреклонный), adamantine (очень твёрдый), adamantly (категорически). Первое упоминание термина "адамас" как названия алмаза, с характерным описанием камня и его ценности, было найдено у поэта Марка Манилия (эпоха императора Августа).

Алмаз - типичный ковалентный кристалл, обладающий рядом уникальных свойств: самыми высокими среди известных материалов твёрдостью, прочностью при сжатии, трещиностойкостью. Беспримесные алмазы являются одними из лучших изоляторов и прозрачны практически для любых длин волн.

Алмаз отличается исключительной химической устойчивостью и инертностью к агрессивным средам.

Благодаря столь ценным свойствам алмаз всё шире применяется в различных отраслях промышленности и современной техники как инструментальный и конструкционный материал.



Физические свойства алмаза
Из всех известных драгоценных камней алмаз является самым простым по своему химическому составу, он состоит из одного элемента - углерода. Удивительно, что из одного и того же элемента получилось два настолько разных вещеста: алмаз и графит. Общие физические свойства алмаза и графита представлены в сравнительной таблице.

Алмаз - исключительный технический материал. При этом для технических целей ценны все свойства алмаза: абразивные, термические, электрические, оптические и др.

По десятибалльной шкале твёрдости Мооса алмаз является эталоном наивысшей твёрдости и имеет значение 10.

Для подробного изучения физических свойств алмаза рекомендуется изучить специальную литературу [1,2].

В кристалле алмаза кроме углерода всегда присутствует некоторое количество примесей, составляющих не более десятых долей процента, но иногда доходящих до 5%. Основные химические элементы-примеси в алмазе - азот, кислород, водород, железо, титан, марганец, кремний, алюминий, реже встречаются и некоторые другие. Азот является одной из характерных примесей, оказывающих существенное влияние на ряд свойств алмаза, в частности на его люминесценцию (свечение). Железистые примеси придают алмазу оранжево-желтые оттенки.

Кристаллическая решётка алмаза

​

Алмаз кристаллизуется в кубической системе, отвечающей самой плотной упаковке атомов и содержащей всего 18 атомов углерода. В кристаллической решётке алмаза каждый атом связан с четырьмя ближайшими соседними атомами, расположенными в вершинах правильного тетраэдра. Расстояние между двумя соседними атомами решётки 0,154 нм. Постоянный размер кристаллической решётки алмаза 0,356 нм.

Алмаз образовывается при высоких давлении и температуре, как правило - в земных недрах, на большой глубине. Эти выводы геологов были использованы исследователями, работающими над проблемой искусственного получения алмазов. Получение искусственных алмазов имеет длинную историю, подробно останавливаться на этом мы сейчас не будем. Акцентируем внимание лишь на способе, который первым предложил Анри Муассан (первооткрыватель фтора, 1852-1907)). Расплавленный в дуговой печи, перенасыщенный углеродом чугун Анри Муассан мгновенно охлаждал водой. Корка застывшего чугуна, сжимаясь за счёт охлаждения, с чудовищной силой сдавливала ещё горячее ядро, внутри которого создавалось высокое давление. Таким способом Анри Муассан сумел получить мелкие твёрдые кристаллы плотностью 3,5 г/см3, которые современники долгое время считали алмазами. Позже способ Анри Муассана подвергся критике и сомнению. Тем не менее эта теория получения алмаза не угасла, а наоборот вдохновила многих учёных на дальнейшие исследования. В настоящее время продолжают разрабатываться гипотезы процессов формирования алмаза в чугуне. Предлагаем вашему вниманию статью Давыдова С.В. Кристаллизация шаровидного графита в расплаве высокопрочного чугуна), а также статью про "гексагональный алмаз" - лонсдейлит.

Фазовые равновесия алмаза с металлами
Добавка некоторых металлов или сплавов позволяет осуществить переход Г→А (графит-алмаз) при более низких давлениях и температурах, чем в случае прямого перехода. [...] В отличие от прямого перехода в этом случае возможно образование алмаза в условиях, близких к равновесным. Для каждого металла существует нижний предел температур, ниже которого металл не оказывает положительного влияния на образование алмаза. Верхний предел температур образования алмаза в присутствии любого из металлов близок к равновесной температуре А↔Г.



Двойные системы углерод-металл. Система C-Fe. Образование алмаза
Стабильная диаграмма C-Fe при атмосферном давлении сходна с диаграммами C-Ni и C-Co, также образует эвтектику γ + Г ↔ Ж (T=1426 K, молярная доля углерода 0,171), отличаясь только в области сплавов, богатых железом, в связи с полиморфизмом последнего, что несущественно с точки зрения равновесий углерода. Кроме стабильной, известна метастабильная диаграмма этой системы с образованием цементита Fe3C и эвтектикой γ + Fe3C ↔ Ж при температуре 1420 K и молярной доле углерода 0,1728. [...]

При повышении давления стабилизируется цементит [...], выше 8 ГПа стабилизируется карбид Fe7C3 [...]. На рис.12 показана зависимость характерных точек диаграммы C-Fe от давления. Согласно этим данным, образование алмаза из расплава возможно при давлениях выше 6,4 ГПа и температурах выше 2120 K (давление и температура более высокие, чем в системе C-Ni). Однако экспериментально алмаз был получен при давлении 5,3 ГПа и температуре 1600 K или 4,7 ГПа и 1580 K. В связи с этим высказано предположение, что цементит плавится при более низкой температуре [...]. Другое предположение состоит в том, что алмаз может образоваться при плавлении метастабильной эвтектики γ + Г.

Пояснения: А - алмаз, Г - графит, К - карбид, Ж - жидкость

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Литература:
1. Справочник "Физические свойства алмаза" Под ред. Новикова Н.В. - Киев: Наукова думка, 1987. - 188 с. УДК 539.2: 549.211
2. Васильев Л.А., Белых З.П. Алмазы, их свойства и применение. М., Недра, 1983. 101 с. УДК 553.81 : 549.211 : 679.89
3. The natural history, ancient and modern, of precious stones and gems, and of the precious metals. By C.W.King, M.A., - London: Bell and Daldy, 1865.

 

Есть информация о тепловом излучении кристаллов при минимальном относительном обьеме, в %? Как изменяется характер теплового излучения при высоком давлении?
Это бы как-то хитро зафиксировать при симметрийном сжатии, если такой сжатый кристалл греть (равномерно), будет ли там градиент температуры в связи с градиентом давления от центра сжатия....

Или(/И) взять в сборку два кристалла с менее и более остро прилегающими друг к другу электронными оболочками и гранями прижать эти кристаллы с максимально возможным давлением и пронаблюдать не будет ли там нового эффекта тока температуры при одинаковой температуре двух сред связи с разностью приращения спектра теплового излучения от давления.

 

Вы кого спрашиваете?
Если меня, то у меня нет никаких кристаллов и всю информацию я беру оттуда, откуда и вы её можете взять, из Интернета.
Если у вас есть кристаллы и вы с ними делаете что-то интересное, то можете поделиться своей информацией.

 

Да я думал вы на халяву сможете подтвердить или опровергнуть гипотезу сходу (тут же против маразма и т.д.) ... (если серьезно этим заняться то убить можно всю жизнь на это, а интернет выдает не особо информативные монографии с сонмой малопонятного мат.аппарата)
Я же не знают с чем вы или читатели работаете, работали.
А гипотеза состоит примерно в том что:
При градиенте высокого давления образовывается обратный градиент температуры. (допустим на пути к центру планеты)
Давление по идее "замещает" температуру то есть при высоком давлении тепловое движение стремиться из области с высоким давлением.
Где то попутно при достижении столь высокого давления когда начинает проявляться воображаемый эффект, должна происходить деформация электронных оболочек , малопонятных (для меня) орбиталей, вот допустим как в кристалле алмаза под высоким давлением могли бы вероятно происходить такие деформации...(?)

Это к слову о возможном механизме поступления энергии на сферу солнца...
(дескать небесные тела собирают излучение нейтриноподобной природы, или там пресловутые 4К межзвездного пространства в объеме материи недр, а за счет этого эффекта (негэнтропийного) собранное тепло концентрируется на поверхности сферы. )

 

Если бы вы внимательно почитали заголовок темы, то обратили бы внимание, что там про гипотезы не говорится.
Тема, вообще то, про реальные устройства и про то как они работают и против того, чтобы "учёные" не "загибали" про их фантастические свойства и параметры.
А теорий столько, что не хватит здоровья их все подтверждать или опровергать.
Можно обсудить явно маразматические, которые легко опровергаются известными научными данными.
А гадать, что там так или не так, если об этом вообще ничего практически не известно, то это не ко мне лично.
По вашему вопросу и "теории" всё прекрасно описано в учебниках, исходя из известных научных данных и теорий, на сегодняшний день. Ищите раздел "тепломассообмен", "градиент", "градиент температуры", "градиент давления", "строение Земли", "строение Солнца" и т.п.

Близкие темы на форуме в которых "обитают" теоретики.
Если этого мало, можете создать свою тему с вашей теорией.
Если это кого-нибудь заинтересует, вам ответят.
https://lenr.su/forum/index.php?threads/nauchnye-i-psevdonauchnye-idei-loxotrony-ot-nauki.384/
https://lenr.su/forum/index.php?thr...ix-kritika-oficialnoj-nauki-kljati-zhydy.410/
https://lenr.su/forum/index.php?thr...ii-mirovoj-ehfir-kritika-to-po-nikolaevu.184/

 

СВЕТОДИОДЫ В ЖИДКОМ АЗОТЕ!
ЧТО ПРОИСХОДИТ?
26 авг. 2017 г.



https://led-displays.ru/story_65.html



Нобелевская премия по физике 2014 года.
"Полупроводниковые источники синего и белого света"
https://thepresentation.ru/uncategorized/nobelevskaya-premiya-po-fizike-2014

 

Стирлинг - это не про ВД. А реальный вариант ВД (2-го рода) на этом форуме предложен пока только один

 

Пипси Cтирлинг пускал-пускал, пускал-пускал, похоже, Стирлинг его самого запустил, куда подальше.

Запускаем древний Стирлинг
https://lenr.su/forum/index.php?threads/zapuskaem-drevnij-stirling.540/

 

Таскание жидкостей или твердые тела ВАКУУМОМ пара:
.

То же самое, но бросовое тепло РЕГЕНЕРИРУЕТСЯ к входному холоду ВАКУУМА:
.

 

Это на болгарской идиотско-обезьяньей мове.
Нет в руссом языке таких выражений "таскание жидкостей", "ВАКУУМОМ пара",
и "к входному холоду ВАКУУМА".

Гендер болгарского идиота
таскается где попало.

 

Смотри там на картинке, объяснили и по английски. Чтобы о детандерах ты не обманывал!

 

Болгарскому дебилу уже не один раз объясняли,
что его идиотско-обзьянья мова никому не понятна.
Не понятно и то, о чём придурок пытается "просвещать".
Невменяемый урод продолжает своё пустое словоблудие.

 

Пусть наш Минский "просветитель" раскрыть ФИЗИКУ этого ДЕТАНДЕРА:

!

 

РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ стирлинги!
То есть ДЕТАНДЕРЫ.

На самом деле Р.Стирлинг изобрел РЕГЕНЕРАТОР, но такие как Минское скрыли ФИЗИКУ регенераторов.