Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Большая сила, распределенная на небольшой площади.
Great force distributed over a small area
В науке и технике изучение высокого давления рассматривает его влияние на материалы, а также проектирование и создание устройств, таких как ячейка с алмазной наковальней, способных создавать высокое давление. Высокое давление обычно подразумевает давление, в тысячи (килобар) или миллионы (мегабар) раз превышающее атмосферное давление (около 1 бара или 100 000 Па).
In science and engineering the study of high pressure examines its effects on materials and the design and construction of devices, such as a diamond anvil cell, which can create high pressure. High pressure usually means pressures of thousands (kilobars) or millions (megabars) of times atmospheric pressure (about 1 bar or 100,000 Pa).
История и обзор
Перси Уильямс Бриджман получил Нобелевскую премию в 1946 году за продвижение этой области физики на два порядка давления (от 400 МПа до 40 ГПа). В список основоположников этой области также входят имена Гарри Джорджа Дрикамера, Трейси Холла, Фрэнсиса П. Банди, Верещагина Леонида Эмильевича и Стишова Сергея Михайловича. Именно путём применения высокого давления и высокой температуры к углероду впервые были получены искусственные алмазы, а также сделано множество других интересных открытий. Почти любой материал при воздействии высокого давления уплотняется в более плотную форму; например, кварц (также называемый диоксидом кремния) сначала переходит в более плотную форму, известную как коэзит, а затем, при ещё большем давлении, образует стишовит. Эти две формы диоксида кремния были впервые обнаружены в экспериментах с высоким давлением, но впоследствии найдены в природе в местах падения метеоритов. Химические связи, вероятно, изменяются при высоком давлении, когда член P*V в свободной энергии становится сопоставимым с энергиями типичных химических связей – то есть при давлении около 100 ГПа. Среди наиболее заметных изменений – металлизация кислорода при 96 ГПа (превращающая кислород в сверхпроводник) и переход натрия из металла с почти свободными электронами в прозрачный изолятор при ~200 ГПа. Однако при предельно высоких давлениях все материалы металлизуются. Эксперименты с высоким давлением привели к открытию типов минералов, которые, как считается, существуют в глубокой мантии Земли, таких как силикатный перовскит, составляющий, по оценкам, половину массы Земли, и постперовскит, встречающийся на границе ядра и мантии и объясняющий многие аномалии, наблюдаемые в этом регионе. Ориентировочные значения давления: типичное давление, достигаемое в прессах большого объема, составляет до 30–40 ГПа, давление, генерируемое в ячейках с алмазными наковальнями, – около 1000 ГПа, давление в центре Земли – 364 ГПа, а самое высокое давление, когда-либо достигнутое в ударных волнах, – более 100 000 ГПа.
Percy Williams Bridgman received a Nobel Prize in 1946 for advancing this area of physics by two magnitudes of pressure (400 MPa to 40 GPa). The list of founding fathers of this field includes also the names of Harry George Drickamer, Tracy Hall, Francis P. Bundy, Верещагин, Леонид Эмильевич, and Стишов, Сергей Михайлович. It was by applying high pressure as well as high temperature to carbon that man made diamonds were first produced alongside many other interesting discoveries. Almost any material when subjected to high pressure will compact itself into a denser form, for example, quartz (also called silica or silicon dioxide) will first adopt a denser form known as coesite, then upon application of even higher pressure, form stishovite. These two forms of silica were first discovered by high pressure experimenters, but then found in nature at the site of a meteor impact. Chemical bonding is likely to change under high pressure, when the P*V term in the free energy becomes comparable to the energies of typical chemical bonds – i. e. at around 100 GPa. Among the most striking changes are metallization of oxygen at 96 GPa (rendering oxygen a superconductor), and transition of sodium from a nearly free electron metal to a transparent insulator at ~200 GPa. At ultimately high compression, however, all materials will metallize. High pressure experimentation has led to the discovery of the types of minerals which are believed to exist in the deep mantle of the Earth, such as silicate perovskite, which is thought to make up half of the Earth's bulk, and post perovskite, which occurs at the core mantle boundary and explains many anomalies inferred for that region. Pressure "landmarks": typical pressures reached by large volume presses are up to 30–40 GPa, pressures that can be generated inside diamond anvil cells are ~1000 GPa, pressure in the center of the Earth is 364 GPa, and highest pressures ever achieved in shock waves are over 100,000 GPa.