ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Фазовые превращения и расщепление ударных волн из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Многие твердые вещества могут при разных условиях пребывать в различных кристаллических модификациях. При некоторых значениях температур и давлений, связанных определенной зависимостью, возможны переходы из одной модификации в другую. Эти переходы сопровождаются изменением объема и выделением (или поглощением) скрытой теплоты, являясь фазовыми переходами первого рода. Подобные переходы часта называют полиморфными превращениями вещества ). [c.584] Примером вещества, способного испытывать полиморфное превращение, может служить железо. При атмосферном давлении и температуре 910° С железо превращается из а-фазы в у-фазу переход сопровождается уменьшением объема на 2,5% и поглощением скрытой теплоты 203 вал/жоль. Полиморфные превращения часто происходят при высоких давлениях. В частности, указанный переход в железе при температуре, немного превышающей нормальную, протекает при давлении 130 ООО атм. [c.584] В некотором диапазоне давлений по телу, способному испытывать полиморфные превращения, распространяются не одна, а две ударные волны, следующие одна за другой. Такое расщепление ударной волны связано с аномальным ходом ударной адиабаты вещества в области фазового перехода. [c.585] При не слишком больших давлениях в ударной волне происходит незначительное увеличение энтропии, поэтому ударная адиабата близка к изэнтропе и при рассмотрении указанного явления можно исходить из обычной адиабаты. [c.585] Адиабата вещества, испытывающего полиморфное превращение, схематически изображена на рис. 11.43. [c.585] Представим себе теперь тело, ударная адиабата которого принадлежит ош санному типу, и предположим, что в начальный момент к его поверхности приложено постоянное давление р (рассматриваем одномерный плоский случай). Будем считать, что это давление достаточно велико для того, чтобы можно было пренебречь эффектами прочности и считать давление гидростатическим, т. е. отвлечемся от возможного существования упругой волны (см. 17), считая, что ударная волна — пластическая . [c.585] Рассмотрим теперь промежуточный случай, когда приложенное к телу давление заключено между Ра и Ре, скажем, равно (точка N на ударной адиабате рис. 11.44). [c.586] Поскольку наклон прямой ОА по определению р ) больше наклона прямой АМ, ямеем (р —ро)/(Уо Уа) (р Ра)/(Уа—У ), В[ В2, т. е. первая волна бежит по веществу быстрее, чем вторая по тому же самому веществу. [c.587] Во фронте второй ударной волны происходит фазовый переход в начальном состоянии А вещество находится в первой фазе, а в конечном N либо во второй, если р рв, либо в двухфазном состоянии, если рв (переход в этом последнем случае происходит неполностью). В силу замедленности фазового превращения фронт второй ударной волны оказывается сильно размытым, в отличие от тонкого фронта первой волны. Профиль давления в случае системы двух волн схематически изображен на рис. 11.47. С течением времени расстояние между фронтами обеих волн увеличивается, поскольку скорости их различны распределение же давления во второй волне является стационарным, и профиль во второй волне распространяется как целое. [c.587] Как уже было сказано выше, явление расщепления ударной волны в веществах, испытывающих полиморфные превращения, наблюдалось экспериментально. Для иллюстрации на рис. 11.48 приводим ударную адиабату железа в области фазового перехода, найденную экспериментально в работе [30]. Заметим, что в висмуте фазовый переход происходит при давлении - 28 500 атм, причем время релаксации для перехода при 42° С оказалось меньшим 1 мсек. [c.588] Альдер и Христиан [35] обнаружили фазовый переход первого рода в йоде J 2 (кристаллы йода являются молекулярными) при давлении. р 7-10 атм и относительном объеме V/Vq та 0,53. Переход был зафиксирован по изменению наклона в линейной зависимости скорости фронта ударной волны от массовой скорости. Расчеты показывают, что температура в волне в точке фазового перехода Г 1 эв. [c.588] Она сравнима с знергией диссоциации молекул йода 1,53 эв. Предполагается, что фазовый переход связан с превращением молекулярного двухатомного кристалла в одноатомное металлическое состояние. [c.588] Интересно, что аномалии в кривой холодного сжатия металлов, а следовательно, и в ударной адиабате, подобные тем, которые появляются при наличии полиморфных превращений, могут возникать и в отсутствии перестройки атомной решетки вследствие изменения структуры электронных зон, перекрытия отдельных зон при сжатии. Возможность изменения свойств металлов при изменении зонной структуры отмечена в работе И. М. Лифшица [36]. Влияние этих изменений на кривую холодного сжатия металлов и появление участков аномального хода кривой, где d pldV О, изучал Г. М. Гандель-ман [37]. [c.588] При достаточной амплитуде в ударной волне происходит плавление твердого вещества, что приводит к излому в ходе ударной адиабаты. Вопросы плавления в ударной волне рассматривались в работах [44,57— 59]. [c.588] Вернуться к основной статье