Yüksek basınç (fizik)

ESP dalgıç ünitesinin yüksek basınçla püskürtülmesi.

Yüksek basınç, materyaller, tasarım ve inşaat makinelerinin yapımında kullanılan, bilim ve mühendislik alanıdır. Hücre tabanlı elmaslar, yüksek basınçla yapılan materyallere bir örnektir. Yüksek basınç, genellikle, atmosferdeki basıncın (yaklaşık 1 bar veya 100,000 Pa) binlerce (kilobar) ya da milyonlarca (megabar) katıdır.

Tarihi ve genel bakış

Percy Williams Bridgman, fiziğin bu yüksek basınç alanının kapsamını birkaç kat arttırarak (400MPa'dan 40,000 MPa'ya) daha ileriye taşıdığı için Fizik alanında Nobel ödülü almıştır. Alanın kurucuları arasında geçen diğer isimler de Harry George Drickamer, Tracey Hall, F. P. Bundy, L.F. Vereschagin, Sergey M. Stishov olarak bilinir.

Yüksek sıcaklıkla birlikte yüksek basıncın kullanılmasıyla, karbondan yapılan insan yapımı elmaslar bu konuda en ilgi çekici keşiflerden biridir. Hemen hemen her materyal yüksek basınç altında sıkışır ve daha yoğun bir hal alır. Örneğin, kuvars, bir diğer ismiyle silisyum dioksit, kendisinden daha yoğun bir formu olan koesite dönüşür. Bunun üzerine, daha yoğun bir yüksek basınca maruz kaldığında ise formu tekrar değişir ve sistovit halini alır. Silisyum dioksitin bu iki hali, ilk defa yüksek basınç deneylerinde keşfedilmiştir ve sonra doğada, meteor sitesinde bulunmuştur.

Boştaki enerjinin, basınç ile hacmin çarpımından elde edilen P*V değeri tipik kimyasal bağlara kıyaslanabildiği seviyelere geldiğinde, maddedeki kimyasal bağlar, yüksek basınç altında değişiklik gösterebilir (100 GPa değerine yakınken). En çarpıcı değişimler arasında, oksijenin 96 GPa basınçtaki metalizasyonu (oksijen bu noktada süper iletken yapıdadır) ve sodyumun yaklaşık 200 GPa basınçta, neredeyse elektronsuz bir metalden, saydam bir yalıtkan maddeye dönüşmesidir. Eninde sonunda, tüm maddeler, yüksek basınçta metalizasyona uğramaktadır.

Yüksek basınç deneyleri, Dünya'nın çekirdeğine yakın kabuklarının içinde bulunduğuna inanılan yeni minerallerin bulunmasına da yol açmıştır. Bunlara örnek olarak, silikat perovskite, Dünya'nın iç kabuğunun yarısını oluşturduğuna inanılan bir mineral ve yüksek basınçla elde edilmiş pervoskite ise iç çekirdeğin etrafındaki kabuktaki anlaşılamayan anormallikleri açıklamaktadır.

Basınç düzeyini anlamak için birkaç örnek: kaşınma esnasında tırnağın uyguladığı basınç yaklaşık 0.6 GPa, genel olarak mengenelerin ulaştığı basınç 30-40 GPa arası, hücre tabanlı elmasların içinde oluşan basınç yaklaşık 320 GPa, Dünya'nın merkezindeki basınç 364 GPa, şok dalgalarından kaydedilen en yüksek basınç ise 100,000 GPa'dan büyüktür.

Ayrıca bakınız

• Sentetik elmas
• D-DİA