Undersøgelse sætter spørgsmålstegn ved 200-årig lov om gasblandinger

Ifølge en ny undersøgelse ledet af et team fra University of New Mexico, århundreder gamle love om gasblandingers opførsel finder ikke anvendelse i nærvær af stødbølger.

Dette fund kan have potentiel indvirkning på alt, hvad der involverer blandinger af gasser udsat for en chokbølge, for eksempel, under forbrænding i en motor. Dette er også relevant for konventionelle og nukleare eksplosioner, supersoniske jetfly, gaskølede atomreaktoranlæg, og inertionsbegrænset fusion.

Resultaterne blev offentliggjort i denne uge i avisen "Daltons og Amagats love svigter i gasblandinger med chokformering" i Videnskab fremskridt .

Studiet, udført på UNM, involverede forblanding af to gasser med dramatisk forskellige egenskaber:let helium og tungt og tyktflydende svovlhexafluorid. Teamet karakteriserede egenskaberne af den resulterende blanding, der stemte godt overens med klassisk teori, så blev der introduceret en chokbølge, og temperaturen og trykket på det stødaccelererede medium blev målt over flere millisekunder-kort tid at tænke på i normale termer, men et langt interval sammenlignet med de tidsskalaer, der er forbundet med stødbølgepassagen. Forskerne fandt ud af, at temperaturen og trykket efter stødkomprimeringen ikke stemte overens med, hvad der ville have været forventet af forudsigelserne for en af ​​de to klassiske teoretiske love - Daltons eller Amagats.

Den franske fysiker Emile Hilaire Amagats lov om delvolumener fra 1880 siger, at det samlede volumen af ​​en gasblanding er lig summen af ​​de delvolumener, hver gas ville optage, hvis den eksisterede alene ved blandingens temperatur og tryk. Og i 1802, videnskabsmand John Dalton udtalte, at det samlede tryk i en ikke-reaktiv gasblanding-ved konstant temperatur og volumen-er lig med summen af ​​komponentgassernes partielle tryk.

"Vores undersøgelse viste, at klassiske love, der bruges til at forudsige egenskaber ved gasblandinger, ikke fungerer i en ret almindelig og praktisk vigtig situation, "sagde medforfatter Peter Vorobieff.

Grunden til uenigheder er, at hverken den klassiske lov kan præcist beskrive, hvad der sker på molekylært niveau, han sagde. Enkle overvejelser om tidsskalaer fra kinetisk molekylær teori, og hvordan de påvirkes af stødacceleration, synes at give mindst en kvalitativ forklaring på de eksperimentelle observationer. Vorobieff sagde, at selvom dette er et solidt første skridt, de endelige konsekvenser er endnu ikke fastlagt, og meget mere undersøgelse er påkrævet. Mulige påvirkninger kan betyde en designændring i mekanismer som motorer, der tager højde for, hvordan stødbølger påvirker gasblandingens egenskaber.

"Vores arbejde har vist, at klassisk gasblandingsteori ikke virker i stødaccelererede og muligvis andre komprimerbare strømme, "Vorobieff sagde." Vi skal udføre forsøg med flere gasblandinger og en bredere vifte af betingelser for at undersøge problemets omfang og udvikle en teori, der forklarer vores observationer. "