ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принципы построения уравнений состояния на основе экспериментов с ударными волнами из "Ударно-волновые явления в конденсированных средах " В мощных ударных волнах происходят интенсивные сжатие и нагрев вещества и тем самым создается уникальная возможность исследований его фундаментальных свойств в экстремальных условиях. Сжимаемость среды под действием давления и зависимость ее плотности от температуры или энергосодержания описываются уравнениями состояния. Уравнение состояния выражает индивидуальные свойства вещества и необходимо для любых расчетов высокоэнергетических процессов в сплошной среде. По этой причине проблема широкодиапазонных уравнений состояния явилась стимулом для становления и развития физики ударных волн и до сего времени остается одним из основных направлений исследов4ний. При решении многих современных задач возникает необходимость рассчитывать состояния вещества, находящегося в разных своих точках как в конденсированной, так и в газовой фазах одновременно. Возникает необходимость объединения теоретических представлений и экспериментальных данных для различных фазовых состояний. По этой причине мы сочли целесообразным включить в эту книгу некоторые результаты исследований в области физики неидеальной плазмы. [c.337] Неидеальная плазма характеризуется значительным вкладом эффектов межчастичного взаимодействия — неидеальности. Поясним это понятие. При малых плотностях низкотемпературная частично ионизованная плазма может рассматриваться как смесь идеальных газов электронов, ионов и нейтральных атомов. Частицы движутся с тепловыми скоростями, лишь изредка сталкиваясь друг с другом. При повышении плотности средние расстояния между частицами уменьшаются и все большее время частицы начинают проводить, взаимодействуя друг с другом. При этом возрастает средняя энергия взаимодействия между частицами. Когда средняя энергия межчастичного взаимодействия оказывается сопоставимой с характерной кинетической энергией теплового движения, плазма становится неидеальной. Свойства такой плазмы перестают описываться простыми соотношениями теории идеальных газов и плазмы и становятся весьма необычными. [c.338] Если плазма полностью ионизована, ее состояние определяется кулоновскими взаимодействиями, специфика которых состоит в дальнодействии. Поэтому в разреженной плазме частицы движутся в слабых, но самосогласованных полях, создаваемых всем коллективом частиц. По мере сжатия энергия взаимодействия возрастает, но в нее все больший вклад начинают давать сильные парные взаимодействия. Наконец, в условиях сильной неидеальности их роль становится преобладающей. Однако парные взаимодействия начинают перекрываться, многочастичность приобретает новый характер, что все более и более усложняет их теоретическое описание. Степень неидеальности плазмы характеризуется параметром Г, который отражает отношение энергии межчастичного взаимодействия к кинетической энергии теплового движения частиц. Для идеальной плазмы Г 1. [c.338] поясняющая принципы динамической генерации плазмы граница максимальных сжатий вещества — кривая холодного сжатия (Г—О К) К — критическая точка кружки— исходные состояния среды Я , Я —кривые сжатия цезия и инертных газов падающими и отраженными (Я , Я ) ударными волнами Я , Я -сжатие сплошных и пористых металлов ударными волнами 5 —кривая адиабатического сжатия цезия 5 -адиабаты разгрузки ударно-сжатых металлов. Двухфазные области при плавлении и испарении заштрихованы. [c.339] Для построения широкодиапазонных уравнений состояния привлекаются результаты экспериментов с ударными волнами, где исследуются как свойства ударно-сжатого сжатого вещества, так и его изэнтропическое расширение из ударно-сжатого состояния. Эксперименты такого рода проводятся с образцами испытуемого вещества, находящегося как в конденсированной, так и в газовой фазе. Диапазон достижимых состояний расширяется также проведением экспериментов с пористыми твердотельными образцами [5]. [c.342] Чрезвычайно интересная область состояний вблизи кривой кипения и окрестности критической точки недостижима ударным сжатием вещества. Исследовать промежуточные между твердым телом и газом плазменные состояния позволяет метод изэнтропического расширения, основанный на регистрации состояний при разгрузке ударно-сжатого конденсированного вещества (траектории 52 на рис.9.1). [c.343] Обсуждая ударно-волновые эксперименты с неидеальной плазмой, важно еще раз подчеркнуть, что определение состояния вещества в этих условиях базируется на фундаментальных законах сохранения. Современная экспериментальная техника обеспечивает также достаточно полную диагностику оптических и электрофизических свойств вещества в этих экзотических состояниях. [c.343] Проведя серию измерений параметров ударных волн и волн разрежения при различных начальных условиях и давлениях ударного сжатия, получают массив экспериментальных данных для построения калорического уравнения состояния Е = Е(р, У). Внутренняя энергия, однако, не является термодинамическим потенциалом по отношению к переменным р, V п для построения замкнутой термодинамики системы необходима дополнительная зависимость температуры Т = Т(р, У). В оптически прозрачных средах температура измеряется совместно с другими параметрами ударного сжатия. Металлы же непрозрачны, так что световое излучение ударно-сжатой среды недоступно для регистрации. [c.344] Вернуться к основной статье