Augstspiediena parādības, fizikālo, ķīmisko un strukturālo īpašību izmaiņas, kas rodas, paaugstināta spiediena ietekmē. Tādējādi spiediens kalpo par daudzpusīgu instrumentu materiālu izpētē, un tas ir īpaši svarīgi, pētot klintis un minerālus, kas veido dziļu Zemes un citu planētu iekšpusi.
Spiediens, kas definēts kā spēks, kas tiek piemērots apgabalam, ir termoķīmiskais mainīgais, kas izraisa fizikālās un ķīmiskās izmaiņas, kas salīdzināmas ar temperatūras pazīstamākajām sekām. Piemēram, šķidrs ūdens atdziest līdz cietam ledus, atdzesējot līdz temperatūrai zem 0 ° C (32 ° F), bet arī ledus var iegūt istabas temperatūrā, saspiežot ūdeni līdz spiedienam, kas aptuveni 10 000 reizes pārsniedz atmosfēras spiedienu. Tāpat ūdens augstā temperatūrā vai zemā spiedienā pārvēršas gāzveida formā.
Neskatoties uz virspusējo līdzību starp temperatūru un spiedienu, šie divi mainīgie būtiski atšķiras no tā, kā tie ietekmē materiāla iekšējo enerģiju. Temperatūras svārstības atspoguļo izmaiņas kinētiskajā enerģijā un tādējādi arī vibrējošo atomu termodinamiskajā uzvedībā. Paaugstināts spiediens, no otras puses, maina atomu saišu enerģiju, liekot atomiem tuvināties tuvāk mazākā tilpumā. Tādējādi spiediens kalpo kā spēcīgs atomu mijiedarbības un ķīmiskās saites zonde. Turklāt spiediens ir svarīgs rīks blīvu struktūru, ieskaitot supercietus materiālus, jaunas cietinātas gāzes un šķidrumus, kā arī minerāliem līdzīgas fāzes sintezēšanai dziļi Zemes un citu planētu vidē.
Ir ieviestas daudzas spiediena mērīšanas vienības, un literatūrā tās dažkārt ir sajauktas. Bieži tiek pieminēta atmosfēra (atm; aptuveni 1,034 kilogrami uz kvadrātcentimetru [14,7 mārciņas uz kvadrātcollu], kas atbilst apmēram 760 milimetru [30 collu] dzīvsudraba svaram) un josla (ekvivalents vienam kilogramam uz kvadrātcentimetru). Vienlaicīgi šīs vienības ir gandrīz identiskas (1 bārs = 0,987 atm). Paskāla, kas definēta kā viens ūtons uz kvadrātmetru (1 Pa = 0,00001 bar), ir oficiālā SI (Système International d'Unités) spiediena vienība. Neskatoties uz to, paskāls nav guvis vispārēju atzīšanu augstspiediena pētnieku vidū, iespējams, tāpēc, ka neērti ir nepieciešams izmantot gigapaskālu (1 GPa = 10 000 bāri) un terapascal (1 TPa = 10 000 000 bāri), aprakstot augsta spiediena rezultātus.
Ikdienas pieredzē lielāks spiediens nekā apkārtējā vidē ir, piemēram, spiediena katlos (apmēram 1,5 atm), pneimatiskās automašīnu un kravas automašīnu riepās (parasti no 2 līdz 3 atm) un tvaika sistēmās (līdz 20 atm). Tomēr materiālu izpētes kontekstā “augsts spiediens” parasti attiecas uz spiedienu diapazonā no tūkstošiem līdz miljoniem atmosfēras.
Liela spiediena matērijas pētījumi ir īpaši svarīgi planētu kontekstā. Objekti Klusā okeāna dziļākajā tranšejā ir pakļauti apmēram 0,1 GPa (aptuveni 1000 atm), kas ir ekvivalents spiedienam zem trīs kilometru klinšu kolonnas. Spiediens Zemes centrā pārsniedz 300 GPa, un tiek lēsts, ka lielāko planētu - Saturna un Jupitera - iekšienē spiediens ir aptuveni 2 un 10 TPa. Augšējā galējā stāvoklī spiediens zvaigžņu iekšpusē var pārsniegt 1 000 000 000 TPa.
Izgatavo augstspiedienu
Zinātnieki pēta materiālus ar paaugstinātu spiedienu, ieslodzot paraugus speciāli izstrādātajās mašīnās, kas parauga laukumam pieliek spēku. Pirms 1900. gada šie pētījumi tika veikti diezgan neapstrādātos dzelzs vai tērauda cilindros, parasti ar salīdzinoši neefektīviem skrūvju blīvējumiem. Maksimālais laboratorijas spiediens bija ierobežots līdz aptuveni 0,3 GPa, un balonu eksplozijas bija bieži un dažreiz arī traumējoši notikumi. Dramatiskus uzlabojumus augstspiediena aparātos un mērīšanas paņēmienos ieviesa amerikāņu fiziķis Percy Williams Bridgman no Hārvardas universitātes Kembridžā, Masačūsetsā. 1905. gadā Bridgmans atklāja spiediena paraugu, tostarp gāzu un šķidrumu, iesaiņošanas metodi tā, lai aizzīmogošanu aizzīmogo. starplikā vienmēr bija lielāks spiediens nekā pētāmajā paraugā, tādējādi ierobežojot paraugu un samazinot eksperimenta neveiksmes risku. Bridžmans ne tikai regulāri sasniedza spiedienu virs 30 000 atm, bet arī varēja pētīt šķidrumus un citus sarežģītus paraugus.
