|
Меню сайта
Статистика
|
Какое давление может выдержать сам аппарат?Какое давление может выдержать сам аппарат?Это прежде всего зависит от прочности материала, из которого он сделан. Разумеется, для изготовления аппаратов высокого давления применяют наилучшие и самые прочные материалы — легированные стали и сплавы.Но если в цилиндр, сделанный из лучших сортов стали, накачивать газ, то при любой толщине стенок этот цилиндр не выдержит давление больше чем 20 тыс. атм— он разорвется. Как же увеличить его прочность?
Чтобы привести в действие всю систему, нужно насосом высокого давления подать масло в штуцеры 1 и 2. Тогда в пространствах за поршнями 3 и 4 давление поднимается и поршни начинают сжимать вещество. Поддерживающее давление можно регулировать, перемещая нижний поршень. В таком аппарате можно достичь давления от 50 до 100 тыс. атм. Любое вещество сопротивляется сжатию больше, чем растяжению. Используя это свойство материалов (особенно твердых), придумали такую конструкцию аппарата, в которой все части, находящиеся под очень большим давлением, только сжимаются. Схемы таких аппаратов изображены на рисунке 3. Кубик вещества находится между шестью поршнями из наитвердейшего сплава — карбида вольфрама. Самые высокие, так называемые статические, т. е. поддерживаемые длительное время, давления достигнуты в аппаратах, которые построены по принципу молота и наковальни. Ведь обычные молот и наковальня остаются при ковке целыми, а кусок железа сильно меняет свою форму. Из очень твердого сплава изготовляют две наковальни и помещают их между плитами мощного 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.
|
ПОИСК
Block title
|
Как построить аппараты, способные выдержать сотни тысяч и даже миллионы атмосфер, при которых в веществе происходят такие удивительные превращения? Вот, например, один из способов решения этой задачи. Сосуд, в котором нужно создать высокое давление, можно вставить в такой же сосуд больших размеров, этот — в еще больших и так далее, и устроить стальное подобие игрушки «матрешки». В пространствах между сосудами нужно создать давления, отличающиеся друг от друга на 10— 20 тыс. атм.
При достаточно большом количестве таких, вставленных друг в друга сосудов давление во внутреннем сосуде теоретически может быть доведено до любой величины (рис. 1). Но изготовить такой аппарат неимоверно трудно.Была предложена и другая конструкция. Сосуду, предназначенному для создания высокого давления, придают коническую форму и вставляют его в стальное кольцо с коническим отверстием. Если вдавливать этот сосуд в кольцо, которое называют оправкой, то он действует как клин — стремится расширить кольцо, но сам сдавливается. На поверхности этого конического сосуда возникает давление, которое будет стремиться сжать сосуд. Такой сжатый, или, как его называют, поддержанный, конусный сосуд может выдержать гораздо большее давление. Этот прием можно повторить: сделать оправку тоже конической и вставить ее во вторую оправку. Тогда внутри конусного сосуда можно создать еще большее давление. Такой аппарат изображен на рисунке 2. Здесь мы видим конический сосуд с двумя ступенями поддержки и два гидравлических пресса, передвигающих стальные поршни, между которыми находится исследуемое вещество. 
Эти поршни одновременно передвигаются к центру системы мощными гидравлическими прессами. Веществу деваться некуда, оно может только медленно выдавливаться (течь) в щели между поршнями. В результате внутри вещества развиваются огромные давления — до 200 тыс. атм. В другой схеме (рис. 4) веществу придают вид тетраэдра и сжимают его четырьмя поршнями с треугольными наконечниками.
