Рис. 6. Адиабатическая пушка.
ного гидравлического пресса (рис. 5). Между наковальнями находится тонкий слой исследуемого вещества. При сжатии таких плит в веществе развивается огромное давление. Его уже удалось довести до полумиллиона атмосфер. Большего давления не выдерживает материал, из которого сделаны наковальни.
Подсчитаем, с какой силой нужно сжать наковальни, чтобы достичь такого давления. Пусть диаметр основания наковальни, на котором расположено вещество, равен 1,6 см. Тогда площадь наковальни равна приблизительно 2 см2. Значит, чтобы получить давление в 0,5 млн. атм, нужно сжать плиты с силой 1000 т. Что же такое 1000 т? Это груз двадцати 50-тонных товарных вагонов. Целый поезд!
Кроме статического давления, существует еще динамическое, быстроменяющееся давление; оно возникает и уменьшается в доли секунды. Таково, например, давление взрыва. Динамические давления возникают в двигателях внутреннего сгорания, в орудиях и т. д.
Представим себе, что выходное отверстие в стволе артиллерийского орудия закрыто стальной пробкой. Если таким орудием произвести выстрел, то снаряд, который легко пробил бы броню танка, эту пробку не пробьет. Он долетит почти (почти!) до этой пробки, остановится и... полетит обратно. Не даст ему пробить пробку сжатый газ. Ведь в стволе орудия находится воздух. При выстреле снаряд в стволе, как поршень, гонит перед собой воздух. В конце ствола давление воздуха и его плотность настолько увеличатся, что воздух начнет действовать, как мощная пружина, и остановит снаряд. А дальше, как всякая пружина, воздух разжимается (расширяется) и двигает снаряд обратно. Так как сжатие в этом случае происходит в доли секунды, то газ нагревается до очень высокой температуры.
На этом принципе созданы установки для так называемого адиабатического, т. е. без обмена тепла с окружающей средой, сжатия газа (рис. 6). В такой установке можно получить давление до 20 тыс. атм и одновременно температуру до 10000 °. Это дает возможность ученым исследовать поведение сжатых и нагретых газов и их взаимодействие между собой. Интересно напомнить, что в XVIII в. такой принцип был использован для постройки воздушного огнива. Это была трубка, закрытая с одного конца. В трубке двигался поршень. При быстром вдавливании поршня воздух в трубке нагревался и воспламенял трут.
Итак, в настоящее время в лабораториях достигают давлений до полумиллиона атмосфер. Для чего же это нужно? Давление сильно изменяет свойства вещества. В первую очередь меняется его плотность, И это изменение плотности приводит к удивительным явлениям.
Одно и то же вещество может принимать различные, так называемые аллотропические формы: кислород и озон, графит и алмаз. У химических соединений такие аллотропические формы называются полиморфными модификациями (см. ст. «Твердое тело и его загадки»). При изменении окружающих условий — температуры, давления,— когда это изменение достигло определенной стадии, вещество из одной аллотропической формы переходит в другую и приобретает другие химические или физические свойства. Эта точка так и называется точкой перехода. Различные аллотропические формы бывают не только у веществ, состоящих из одного химического элемента, но и у многих химических соединений (полиморфные формы).
В наше время считают, что при давлениях до 50 тыс. атм у каждого химического соединения возможен по крайней мере один полиморфный переход. Опыты показывают, что у многих веществ их гораздо больше. Известно, что у камфары их одиннадцать, у воды — семь, у висмута — восемь и т. д. Остановимся на воде. При 0° Ц вода замерзает. Если лед сжимать, то
131