고압 현상, 고압에 노출 될 때 발생하는 물리적, 화학적 및 구조적 특성의 변화. 따라서 압력은 재료 연구에서 다목적 도구로 사용되며 지구와 다른 행성의 깊은 내부를 형성하는 암석과 광물을 조사하는 데 특히 중요합니다.
영역에 가해지는 힘으로 정의되는 압력은 온도의 더 친숙한 효과와 비교할 때 물리적 및 화학적 변화를 유발하는 열화학 변수입니다. 예를 들어, 액체 물은 0 ° C (32 ° F) 이하의 온도로 냉각 될 때 고운 얼음으로 변하지 만, 대기압보다 약 10,000 배 정도의 압력으로 물을 압축하여 얼음을 상온에서 생성 할 수도 있습니다. 유사하게, 물은 고온 또는 저압에서 기체 형태로 전환된다.
온도와 압력의 표면적 유사성에도 불구하고이 두 변수는 재료의 내부 에너지에 영향을주는 방식이 근본적으로 다릅니다. 온도 변화는 운동 에너지 및 진동 원자의 열역학적 거동의 변화를 반영합니다. 반면에, 증가 된 압력은 더 작은 부피로 원자들을 서로 더 가깝게함으로써 원자 결합의 에너지를 변화시킨다. 따라서 압력은 원자 상호 작용 및 화학 결합의 강력한 프로브 역할을합니다. 또한, 압력은 초 경질 재료, 새로운 응고 가스 및 액체, 지구 및 다른 행성 내에서 깊게 발생하는 것으로 의심되는 광물상을 포함하여 밀도가 높은 구조물을 합성하는 데 중요한 도구입니다.
압력 측정을위한 다수의 유닛이 도입되었으며 때때로 문헌에 혼동된다. 대기 (atm; 약 760 밀리미터 [30 인치] 수은의 무게에 해당하는 제곱 센티미터 당 약 1.034 킬로그램 (14.7 파운드 / 인치)]와 바 (제곱 센티미터 당 1 킬로그램에 해당)가 종종 인용됩니다. 우연히도이 단위는 거의 동일합니다 (1 bar = 0.987 atm). 평방 미터당 1 뉴턴 (1 Pa = 0.00001 bar)으로 정의 된 파스칼은 공식 SI (Système International d' Unités) 압력 단위입니다. 그럼에도 불구하고, 파스칼은 고압 연구자들 사이에서 보편적 인 수용을 얻지 못했을 것인데, 아마도 고압 결과를 설명하는 데 기가 파스칼 (1 GPa = 10,000 bar)과 테라 파스칼 (1 TPa = 10,000,000 bar)을 사용해야하는 어색한 필요성 때문에 아마도 파스칼은 보편적으로 받아 들여지지 않았습니다.
일상 생활에서 압력 밥솥 (약 1.5 기압), 공압 자동차 및 트럭 타이어 (보통 2 ~ 3 기압) 및 증기 시스템 (최대 20 기압)과 같은 주변 압력이 발생합니다. 그러나 재료 연구의 맥락에서, "고압"은 일반적으로 수천 내지 수백만 대기압 범위의 압력을 지칭한다.
고압의 물질에 대한 연구는 행성 환경에서 특히 중요합니다. 태평양의 가장 깊은 트렌치에있는 물체는 약 0.1 GPa (약 1,000 atm)의 영향을받습니다. 이는 3 킬로미터 암석 기둥 아래의 압력과 같습니다. 지구 중심의 압력은 300 GPa를 초과하며 가장 큰 행성 (토성 및 목성) 내부의 압력은 각각 약 2 및 10 TPa 인 것으로 추정됩니다. 극한의 경우 별 내부의 압력이 1,000,000,000 TPa를 초과 할 수 있습니다.
고압 생산
과학자들은 시료 영역에 힘을 가하는 특수 설계된 기계에 시료를 가두어 고압에서 재료를 연구합니다. 1900 년 이전에 이러한 연구는 보통 비효율적 인 스크류 씰이있는 원유 또는 강철 실린더에서 수행되었습니다. 최대 실험실 압력은 약 0.3 GPa로 제한되었으며 실린더의 폭발은 흔하고 때로는 해로운 경우였습니다. 매사추세츠 캠브리지에있는 하버드 대학교의 미국 물리학자인 퍼시 윌리엄스 브리지 먼 (Percy Williams Bridgman)은 고압 장치 및 측정 기술의 극적인 개선을 도입했다. 개스킷은 항상 연구중인 샘플보다 높은 압력을 경험하여 샘플을 제한하고 실험 실패의 위험을 줄입니다. Bridgman은 일상적으로 30,000 atm 이상의 압력을 받았을뿐만 아니라 유체 및 기타 어려운 시료를 연구 할 수있었습니다.
