УДК 538.9

Для твердых материалов предлагается уравнение состояния в области высоких давлений вплоть до нескольких сотен ГПа для значений плотности материала, превышающих его плотность при нормальных условиях, и для температур вплоть до температуры плавления. Утверждается, что оно справедливо также для жидкостей, в частности для ртути, воды и др. Анализируются данные экспериментов по ударному нагружению 40 основных химических элементов в конденсированном состоянии, доказавшие вполне удовлетворительное согласие результатов опытов с предложенным уравнением состояния. Анализ основан на изучении экспериментальных диаграмм зависимости скорости ударной волны от материальной скорости позади ударной волны (в системе координат, связанной с материалом перед ударной волной). Показано, что линейная зависимость скорости ударной волны от скорости материала за ударной волной является характеристикой конденсированного вещества и его структуры. Из всех известных авторам данных наиболее существенные отклонения от линейной диаграммы оказались у железа, углерода, льда и воды. Для железа эти отклонения были объяснены появлением при высоких давлениях двух новых фаз железа, для воды - одной фазы. Для воды в диапазоне давлений от 0.1 МПа до 150 ГПа было предложено простое практически точное уравнение состояния. Для давлений в диапазоне 0.1-300 МПа уравнение не уступает в точности чрезвычайно сложному уравнению состояния американского стандарта, полученному на основании анализа большой базы статических испытаний. Предложенное уравнение состояния воды удовлетворяет также ударным испытаниям для давлений от 2 до 50 ГПа. Показано, что в диапазоне давлений от 45 до 1500 ГПа вода полностью теряет молекулярные свойства и ее уравнение состояния совпадает с уравнением состояния щелочного металла натрия. Введена модель идеального твердого тела, внутренняя энергия которого зависит только от напряжений или деформаций, а при высоком давлении - только от давления или плотности. Найдены также уравнения состояния алмаза, двух структурных фаз графита и нескольких фаз льда.

 

 

Г.П. Черепанов, К.Р. Закиров  Уравнение состояния при высоких давлениях: метод D–U-диаграмм // Физ. мезомех. - 2014. - Т. 17. - № 4. - С. 13-28