Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер - Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений (1161617), страница 164
Текст из файла (страница 164)
Физическая причина этого состоит в том, что с течением времени, когда волна разгрузки охватывает все бблыпую и ббльшую массу вещества, геометрическая и оптическая толщины слоя между границей с вакуумои и точкой с данной температурой непрерывно возрастают. Поэтому излучающий слой, отстоящий от границы на заданном оптическом расстоянии порядка единицы, сдвигается в область все более и более низких температур (рис.
И.61). Замечательно, что из уравнения (И.72) для зависимости Т,ф (1) выпала скорость границы и, *), которая нам неизвестна, так как она определяется термодинамическими функциями вещества вдоль всей адиа- *) Так как в выражение (И.70) не 'входит в явном вкде координата в, а входит ое только нронаводная — . лТ' 604 (гл. хг УДАРНЫЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ баты разгрузки, в том числе и в неисследованной области, где плотность немного меньше нормальной плотности твердого тела.
В качестве параметра в уравнение (11.72) входит т, только энтропия Ю благодаря зависимости коэффициента поглощения х, от плотности(числа атомов ,я в 1 емз и), которая связана с температурой адиабатическим уравнением: п=В(В) Т~ ', (11,73) где В (Я) — энтропийная коистанта. л Если основным механизмом Ряс. 11.61.
сдвиг излучающего слоя (зз- поглощения видимого света в паштрнховзя) в волне разгрузки с течеяяем рах металлов является фотоэлектвремеян. рическое поглощение высоковозбужденными атомами (а также тормозное поглощение в поле ионов), то коэффициент поглощения х, можно приближенно вычислять по формуле (5.44): à — Ат (11.74) где а, — постоянная, зависящая от частоты (а, у-з); 1 — потенциал иоиизации. При очень слабой ионизации в плотных парах существенную роль может играть тормозное поглощение в поле нейтральных атомов (см.
гл, У). В атом случае коэффициент поглощения хт пропорционален числу свободных электронов п,,т. е. степени ионизации, и основная температурная зависимость коэффициента поглощения также имеет больцмаиовский характер, но с иным показателем экспоненты з х„ппл = Ь,е и, (11.75) где 6, слабо зависит от температуры. Общий характер температурной зависимости х, в обоих случаях одинаков: хт е-~!Ат, где Е .= 1 — ЬУ в первом рнс. 11.62А Ззвнснмость зффектнвслучае и Е = 1!2 — во втором. Кстати яоя (яркостной) телшерзтуры по- сказать, и численно оба аначения Е вер"ности волны рззгрузкн от вреяеня. различаются для металлов не сильно (при 1 ж 6 — 8 зя, пу 2 — 3 зя). Вычислим приближенно интеграл в формуле (11.72) с учетом того, что основная зависимость подынтегральеого выражения от температуры заключена в экспоненциальиом множителе.
Считая все медленно меняющиеся степенные температурные множители постоянными, получим 1Ее ЕГ "т Зф =- СОПа1, т. Е. ПОЛУЧИМ ЛОГарИфМИЧЕСКИй СПад ЭффЕКтпнкай температуры излучения со временем (рис. 11.62): со пес 1п ~+ сопз1' эдкктгопэоводность нкмвтвлличксквх ткл 605 г' ссай Конкретные расчеты показывают, что для металлов, независимо от предположения о том или другом из перечисленных механизмов поглощения, эффективная температура порядка 7000 — 4000' К в моменты 10-' — 10-' сек *) (за эти времена свободная поверхность уходит прпмерно на 10-г — 1 см при скоростях 10 км!сев). в 25.
Замечания о пргтнцтгпиальной возможности измерения энтропии в ударной волне по свечению прн разгрузке В уравнение (11.72) входит только один параметр, характеризующий ударную волну — энтропия Ю. Если известны оптические свойства вещества, т. е. функция кт (Т, о), то, снимая экспериментально кривую свечения Т,в (г),можно найти абсолютное значение энтропии в ударной волне. Наоборот, задаваясь значениями энтропии из других соображений (вычисляя ее с помощью термодинамических функций сжатого твердого вещества и измеренных параметров ударной волны), можно из эксперимента по свечению поверхности разгрузки извлечь данные об оптических свойствах паров металлов, а именно, определить предъэкспоненциальный множитель в выражении для коэффициента поглощения.
Любопытно отметить, что в предположении, что существует только один механизм поглощения и мт выражается либо формулой (11.74), либо (11.75), в окончательное уравнение для функции Тсз (Г), которое получается пря интегрировании (11.72), входит только произведение неизвестных параметров атВ (В) в случае (11.74) и Ь,Всп ($) в случае (11.75) (так как в (11.74) и, а,п атВ, а в (11.75) к, Ь и'~с Ь,Всп), Энтропийная константа В в адиабатическом уравнении (11.73) зависит от абсолютного значения энтропии о' как В е-ь'" ( — газовая постоянная). Значит, снимая кривые свечения в двух опытах с несколько различающимися амплитудами ударных волн и определяя параметры, скажем, произведение а,В, мы тем самым находим разность энтропий в ударных волнах даже не зная оптической константы а и -- -.-= ехр ~— Э о,Вв ( В где один пгтрих и два штриха относятся к первому и второму опытам. По разности энтропий, как было отмечено в предыдущем параграфе, поясно найти и температуру в ударной волне.
Описанный опыт может служить коякретным воплощением высказанных в предыдущем параграфе соображений об использовании измерений в газовой фазе в волне разгрузки для экспериментального определения энтропии и температуры в ударной волне. Ь. НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ЯВЛЕНИИ й 26. Электропроводность неметаллических тел в ударных волнах При обычных условиях газы являются хорошими изоляторами. В достаточно сильных ударных волнах они становятся проводниками. Нечто подобное происходит и с твердыми диэлектриками, которые в сильных ударных волнах проводят электрический ток.
Однако если в газах наступление проводимости связано просто с термической иоиизацией, которая имеет место при высоких температурах *) Тогда как в ударной волне температура Т, может достигать десятков тысяч градусов, 606 УДАРВЫЕ ВОЛНЫ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ 1гл. хт порядка десятка тысяч градусов и выше, достигаемых в ударной волне, то физическая причина превращения твердых диэлектриков в проводники в ударяых волнах аяачительно сложнее, связана скорее со сжатием, чем с повьппением температуры, и во многом еще не ясна. Электропроводность конденсированных веществ в ударной волне изучалась несколькими авторами. А.
А. Бриш, М. С. Тарасов и В. А. Цукерман разработали методику и измеряли проводимость продуктов детонации конденсированных взрывчатых веществ 1451, а также. воды, органического стекла, парафина 146] а), в сильяых ударных волнах с давлениями до миллиона атмосфер, Проводимость ионного кристалла хлористого натрия при давлениях до миллиона атмосфер изучалась в цитированной выше работе 151. С более слабыми ударными волнами (до 250 000 атм) работали Альдер и Христиан, которые измеряли электропроводность ионных и молекулярных кристаллов СзЗ, Эт, СВВг, Ь1А[Н, и др.
[47!. Сущность основного, электроконтактного метода, описанного в статье [451, с помощью которого были измерены проводимости в работах [45, 46, РЮ 51, состоит в следующем. В тело, по ф~~"'~ которому распространяется ударная волна, вводятся электроды (контакты) Рмо. 11.63. Схема опыта по камере- К, соединенные шунтирующим сопроппю алекзропроводностп в ударпой тивлением Лм (рис. 11.63). Пока ударная волна не подошла к контактам, сопротивление вещества — диэлектрика практически бесконечно.
После достижения ударной волной контактов диэлектрик становится проводником, и искомое сопротивление Л„оказывается включенным параллельно сопротивлению Л, . Незадолго до подхода ударной волны к контактам через высоковольтное сопротивление Л, и контакты разряжается конденсатор С, предварительно заряженный до высокого напряжения в несколько киловольт (это делается с помощью пускового тиратрона). Сопротивление Л, » Лм, так что ток в сети определяется только сопротивлением Л„. Разность потенциалов на контактах пропорциональна сопротивлению между контактами.
Последнее равно Лм до подхода ударной волны и Л = ЛжЛ„/(Лм + Л„) после достижения ударной волной контактов (сопротивление Л„выбирается так, чтобы оно было порядка Л„). Если 1/м и //„соответствуют разности потенциалов на контактах, то (/ /Г„= = Лм/Л = (Лм + Л„)/Л„. Напряжения //~ и 1/„измеряются осциллографом; Л вЂ” известно; искомое сопротивление Л вычисляется с помощью этой формулы. Для перехода от измеренного сопротивления Л„к удельной электропроводностя вещества применяется электролитическое моделирование. Для этого электроды при точном соблюдении геометрии опыта погружаются в злектролитическую ванну. Изменяя плотность электролита, добиваются получения сопротивления, равного измеренному на опыте. При этом искомая проводимость равна известной проводимости элек- *) В этой работе мзучалась также проводимость воздуха.
1 26) электРОпРОВОдность иеметаллических тел тролита [о других примененных методах измерения проводимости веществ в ударной волне см. [45,5!). Опыты [46) показали, что злектропроводность диэлектриков в ударной волне повышается на много порядков. Если начальная проводимость дистиллированной воды составляла О 10-» ом-'см-', то при давлении р = 10' атм было получено О =- =.
0,2 ом-'см-'. При этом проводимость в ударной волне совершенно не зависела от начальной проводимости воды, связанной с примесями, То же самое значение О в ударной волне было получено и для обычяой воды с проводимостью о — 10 з Ом-'см-'. Такие совершенные диэлектрики, как парафин [О 10-'э ом-'см-') и органическое стекло [О 10-'» ом-'см-2) при давлениях порядка 10' ашм превращались в неплохие проводники с проводимостью О 1 —: 2 Х >( 102 ом-хсм-' е).
В парафине заметное повышение проводимости наблюдается при давлениях 6 — 7 10» атм и при дальнейшем увеличении давления О быстро растет. В органическом стекле происходит чрезвычайно резкое возрастание проводимости при давлении 8 10' атм. Изменение электропроводности органического стекла и парафина в ударной волне на 15 — 20 порядков свидетельствует о «металлизации» этих диэлектриков при сжатии до давлений порядка миллиона атмосфер**).
Это явление нельзя объяснить термической ионизацией. Оно связано с изменением структуры электронных зон твердого тела при сжатии. Прн сжатии зоны сближаются, расстояния между ними уменьшаются и тем самым облегчаются электронные переходы, приводящие к появлению свободных электронов и металлической проводимости в веществе, ранее бывшем диэлектриком ***).
Качественные сообра>кения о металлизации любого вещества при достаточно сильном с>катин высказывались в работе Я. Б. Зельдовича и Л. Д. Ландау [48), где рассматривался переход металлов из твердого в гавообразное состояние [металлизацию водорода при больших плотностях изучал А. А. Абрикосов [49]). Надо сказать, что детали механизма металлизации диэлектриков в ударной волне еще не вполяе ясяы, и это явление требует дальнейшего изучения как теоретического, так и экспериментального.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
