Fenomener med høyt trykk, endringer i fysiske, kjemiske og strukturelle egenskaper som materien gjennomgår når de utsettes for høyt trykk. Trykk fungerer dermed som et allsidig verktøy i materialforskning, og det er spesielt viktig i undersøkelsen av bergarter og mineraler som danner det dype indre av jorden og andre planeter.
Trykk, definert som en kraft som påføres et område, er en termokjemisk variabel som induserer fysiske og kjemiske endringer som kan sammenlignes med de mer kjente effektene av temperaturen. Flytende vann transformeres for eksempel til fast is når det avkjøles til temperaturer under 0 ° C (32 ° F), men is kan også produseres ved romtemperatur ved å komprimere vann til trykk omtrent 10 000 ganger over atmosfæretrykket. Tilsvarende konverterer vann til sin gassform ved høy temperatur eller ved lavt trykk.
Til tross for den overfladiske likheten mellom temperatur og trykk, er disse to variablene grunnleggende forskjellige på måtene de påvirker materialets indre energi. Temperaturvariasjoner gjenspeiler endringer i kinetisk energi og dermed i den termodynamiske oppførselen til vibrerende atomer. Økt trykk derimot, endrer energien fra atombindinger ved å tvinge atomer nærmere hverandre i et mindre volum. Trykk fungerer således som en kraftig sonde av atominteraksjoner og kjemisk binding. Videre er trykk et viktig verktøy for å syntetisere tette strukturer, inkludert superharde materialer, nye størkede gasser og væsker, og minerallignende faser som mistenkes å oppstå dypt inne i Jorden og andre planeter.
Tallrike enheter for måling av trykk er blitt introdusert og til tider forvirret i litteraturen. Atmosfæren (atm; ca. 1.034 kilogram per kvadratcentimeter [14,7 pund per kvadrat tomme]], tilsvarer vekten på omtrent 760 millimeter kvikksølv) og stangen (tilsvarer en kilo per kvadratcentimeter) blir ofte sitert. Tilfeldigvis er disse enhetene nesten identiske (1 bar = 0,987 atm). Pascal, definert som en Newton per kvadratmeter (1 Pa = 0,00001 bar), er den offisielle SI (Système International d'Unités) pressenhet. Likevel har ikke pascal fått universell aksept blant forskere med høyt trykk, kanskje på grunn av den vanskelige nødvendigheten av å bruke gigapascal (1 GPa = 10.000 bar) og terapascal (1 TPa = 10.000.000 bar) for å beskrive resultater med høyt trykk.
I hverdagserfaring oppstår det større trykk enn omgivelsestrykk i for eksempel trykkokere (ca. 1,5 atm), pneumatiske bildekk og lastebildekk (vanligvis 2 til 3 atm) og dampanlegg (opptil 20 atm). I forbindelse med materialforskning refererer imidlertid "høyt trykk" til trykk i området fra tusenvis til millioner av atmosfærer.
Studier av materie under høyt trykk er spesielt viktige i planetarisk sammenheng. Gjenstander i den dypeste grøften av Stillehavet blir utsatt for omtrent 0,1 GPa (omtrent 1 000 atm), tilsvarer trykket under en tre kilometer lang søyle av berg. Trykket i sentrum av jorden overstiger 300 GPa, og trykket inne i de største planetene - Saturn og Jupiter - er estimert til å være henholdsvis omtrent 2 og 10 TPa. I øvre ytterpunkt kan trykket inne i stjerner overstige 1 000 000 000 TPa.
Produserer høyt trykk
Forskere studerer materialer ved høyt trykk ved å begrense prøver i spesialdesignede maskiner som påfører en kraft på prøveområdet. Før 1900 ble disse studiene utført i ganske rå jern- eller stålsylindere, vanligvis med relativt ineffektive skruetetninger. Maksimalt laboratorietrykk var begrenset til ca. 0,3 GPa, og eksplosjoner av sylindrene var en vanlig og noen ganger skadelig forekomst. Dramatiske forbedringer i høyttrykksapparater og målingsteknikker ble introdusert av den amerikanske fysikeren Percy Williams Bridgman fra Harvard University i Cambridge, Mass. I 1905 oppdaget Bridgman en metode for å pakke prøver under trykk, inkludert gasser og væsker, på en slik måte at forseglingen pakningen opplevde alltid et høyere trykk enn prøven som ble undersøkt, og begrenset dermed prøven og reduserte risikoen for eksperimentell svikt. Bridgman oppnådde ikke bare rutinemessig trykk over 30 000 atm, men han var også i stand til å studere væsker og andre vanskelige prøver.
