(27.16 Кб)

Бриджмен, пользуясь весьма упрощенным вариантом манометра со свободным поршнем, представленным на рис. 4, расширил диапазон прямого измерения давления до 13 000 атм. В этом упрощенном манометре на цилиндр с измерительным поршнем действует само измеряемое давление, сжимая его и уменьшая протечку. Для того чтобы расширить диапазон измерения давления методом «свободного поршня» с 13 000 до 25 000–30 000 атм, нужно определить поправку на деформацию поршня и цилиндра непосредственно путем измерений, проведенных в сосуде высокого давления, т.к. при указанных давлениях эта деформация велика и не может быть точно рассчитана на основе теории упругости. Найденные прямым путем значения деформации позволяют внести соответствующие поправки в результаты измерения сжимаемости. При нынешнем уровне знаний и при существующих методах измерений давление до 30 000 атм. и вызываемые им эффекты можно будет, по-видимому, измерять с точностью, близкой к 0,1%. При более высоких давлениях неопределенности непрерывно возрастают и приходится прибегать к поправкам, основанным на экстраполяции. В настоящее время неустранимая неопределенность в начальной части диапазона давлений, измеряемых сотнями тысяч атмосфер, составляет, по-видимому, всего лишь несколько процентов.

Динамические давления. Выше речь шла только о статических давлениях. Но наряду с ними имеются также динамические, или быстропеременные, давления, которые удобнее всего создавать в ударных волнах, возникающих при детонации бризантных взрывчатых веществ. В таких условиях могут достигаться давления, измеряемые миллионами атмосфер, хотя теоретически и это далеко не предел. На практике наиболее важные эксперименты до сих пор проводились при давлениях, не превышающих полумиллиона атмосфер. Длительность действия таких давлений измеряется микросекундами, так что здесь требуются, очевидно, совершенно новые методы измерения. Данная область исследований еще не стала полностью самостоятельной, и часто чувствуется необходимость в дополнении ее результатов измерениями, проведенными в статических условиях при более низких давлениях, особенно такими, как измерения сжимаемости металлов, выполненные в Лос-Аламосе Дж.Уолшем и его коллегами.

Еще более высокие давления развиваются при ядерных взрывах – это поистине астрономические величины, равные давлению в центре звезд, которое может составлять сотни и тысячи миллионов атмосфер. Пока что они использовались только в исследованиях ядерной экскавации по проекту «Плоушер» Комиссии по атомной энергии США. Можно думать, что при таких давлениях свойства вещества радикально отличаются от того, что нам сейчас известно.

Физические эффекты. Были проведены широкие исследования влияния, оказываемого давлением на различные физические свойства вещества. При давлениях до 30 000 атм. оказалось возможным исследовать почти все физические свойства многих веществ в области температур, близких к комнатной. В диапазоне от 30 000 до 100 000 атм., а иногда и выше, круг измеряемых параметров был менее широк, но можно было исследовать влияние давления на объем, электросопротивление и фазовые изменения почти всех химических элементов и многих соединений, причем все это при температурах, не более чем на несколько сот градусов отличающихся от комнатной. Наиболее эффектным было влияние давления на фазовые превращения, которые обычно связаны с резким изменением кристаллической формы. Так, обычная вода под давлением обнаруживает семь разных форм твердой фазы, одна из которых устойчива при температурах выше 200° С, если давление поддерживается выше 45 000 атм. Металлический висмут под давлением претерпевает ряд фазовых превращений примерно такой же, как у воды. Почти все фазовые превращения, вызываемые давлением, обратимы, так что при снятии давления материал возвращается в исходное состояние. Но в некоторых случаях давление вызывает необратимые изменения. Наиболее разительный пример – фосфор, который под давлением в несколько десятков тысяч атмосфер может быть необратимо превращен в черный фосфор, проводящий электричество, с плотностью, на 50% превышающей плотность обычного желтого фосфора.

Во второй половине 20 в. наблюдался очень быстрый прогресс в области давлений, измеряемых сотнями тысяч атмосфер. Самым эффектным достижением явилось, несомненно, получение синтетических алмазов в СССР и США, для чего потребовалось совместить давления порядка 100 000 атм. с температурами от 2000 до 3000° С и достаточно долго поддерживать такие условия. Теперь имеется возможность синтезировать мелкие технические алмазы абразивного качества в необходимых количествах. Установка, на которой синтезируются алмазы, может быть приспособлена для изучения фазовых превращений и электросопротивления, и новая информация в этой области быстро накапливается. Так, например, под давлением порядка 100 000 атм. можно понизить температуру плавления германия на 500° С.

Еще одно достижение, весьма важное в теоретическом отношении (т.к. оно, по-видимому, поможет глубже изучить свойства вещества), – разработанный Х.Дрикеймером из Иллинойсского университета способ изготовления из обычной каменной соли оптических окон, позволяющих исследовать оптические свойства различных материалов при давлениях, достигающих 200–300 тыс. атм. Суть его в том, что толщина цилиндрического окна должна быть много больше диаметра; тогда силы трения, действующие на цилиндрическую поверхность, не позволят деформировать ее силе давления, действующей на поперечное сечение цилиндра.

назад