Состояние шока, 200-летний закон поставлен под сомнение

Исследование показало, что классические законы, используемые для прогнозирования свойств газовых смесей, не работают в довольно распространенной и важной с практической точки зрения ситуации

Согласно новому исследованию, проведенному группой из Университета Нью-Мексико, многовековые законы о поведении газовых смесей не работают при воздействии ударных волн.

Это открытие может оказать потенциальное влияние на все, что касается смесей газов, подверженных ударной волне, например, при их сгорании в двигателе. Это также относится к обычным и ядерным взрывам, сверхзвуковым струям, газоохлаждаемым ядерным реакторам и инерционному синтезу.

Результаты были опубликованы недавно в статье журнала Science Advances.

Исследование включало предварительное смешивание двух газов с совершенно разными свойствами: легкий гелий и гексафторид тяжелой и вязкой серы. Группа исследователей определило характеристики свойств полученной смеси, которые полностью соответствовали классической теории, а затем была введена ударная волна.

Температура и давление среды, ускоренной ударной волной, были измерены в течение нескольких миллисекунд - это достаточное значение, чтобы сравнивать интервалы времени, связанные с прохождением ударной волны. Исследователи обнаружили, что температура и давление после ударного сжатия не совпадают с теми, которые должны были бы соответствовать одному из двух классических теоретических законов - Дальтона или Амага.

Закон частичных объемов французского физика Эмиля Амага от 1880 года гласит, что общий объем газовой смеси равен сумме парциальных объемов, которые занимал бы каждый газ, взятый при той же температуре и давлении, что и смесь газов. А в 1802 году ученый Джон Далтон заявил, что общее давление в нереакционноспособной газовой смеси, при постоянной температуре и объеме, равно сумме парциальных давлений составляющих газов.

«Исследование показало, что классические законы, используемые для прогнозирования свойств газовых смесей, не работают в довольно распространенной и важной с практической точки зрения ситуации».

Причиной разногласий является то, что ни один классический закон не может точно описать то, что происходит на молекулярном уровне. Простые соображения о временных масштабах из кинетической молекулярной теории и о том, как на них влияет ударное ускорение, дают, по крайней мере, качественное объяснение экспериментальных наблюдений.

Хотя это и существенный первый шаг, окончательные последствия еще не определены, и требуются дальнейшие исследования. Возможные воздействия могут означать изменение конструкции таких механизмов, как двигатели, которые учитывают влияние ударных волн на свойства газовой смеси.

«Работа показала, что классическая теория газовых смесей не работает в ударно-ускоренных и, возможно, других сжимаемых потоках». «Необходимо провести эксперименты с большим количеством газовых смесей и более широким диапазоном условий, чтобы оценить масштабы проблемы и разработать теорию, объясняющую наблюдения».

Источник: The University of New Mexico