Детская энциклопедия

Меню сайта











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? 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.

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.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.

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.





 
Календарь
«  Декабрь 2016  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031

Новые статьи
Каталог статей
Как подготовить ребенка к школе
Освоение навыков чтения
Природные материалы на уроках труда

Статистика




 
Адрес почты Вопросы по рекомендациям, размещению рекламы и обратных ссылок обращайтесь pochta@enciklopediya1.ru
2013 © 2016