高压锅除了用来炖肉还能干嘛?
自古以来,人们对高处的地方有着无穷的向往。对于物理学家来说,除了可以攀爬地理上的山峰以外,也要不断攀登科学的高峰,这意味着需要不断创造更极限的实验环境。
在高原地区,很多物体的高反现象来自于低气压。换句话说,薯片和牙膏的膨胀都是来自于其本身内部相比外界有了一个相对“高”的压力。除此之外,大家也都知道在高原地区由于气压低导致水的沸点低,导致做饭做不熟,而高压锅就能解决这个问题。
除了我们日常生活中使用的高压锅以外,实际上,在实验室中,我们也可以通过一些手段制造一些高压环境,使各种材料处于高压之下,从而可以发现很多有趣的现象。最简单的实现高压的方法就是对气体或者液体进行压缩,比如对于气体来说,根据前面所提的气体的状态方程:pV=nRT。由此可以知道,等温压缩过程压缩气体的体积即可实现增大压力。
高压对物质的作最直接的就是压缩了物体的体积,也就是使得物质内部原子之间的间距变小了。从而使气体变成液体,液体变成固体,固体的密度增大。比如在更高的压力下,水不仅会变成冰,而且随着压力的不断升高,人们发现冰的性质也在发生变化。在0.2GPa下,水会形成在常压下不稳定的冰结构,这其实是一种新的冰结构。在更高的压力下,水还具有十几种不同的结构。
总之,超高压技术作为一种极端实验环境,是物理学家不断攀登科学高峰的体现。超高压技术的实现也为研究新材料、发现新物理开拓了一个广泛的天地。