Nagynyomású jelenségek, a fizikai, kémiai és szerkezeti jellemzők változásai, amelyek az anyagon nagy nyomásnak vannak kitéve. A nyomás tehát sokoldalú eszköz az anyagkutatásban, és különösen fontos a Föld és más bolygók mély belső részét képező kőzetek és ásványok vizsgálatában.
A nyomás, amelyet egy adott területre kifejtett erőként határoznak meg, egy olyan hőkémiai változó, amely fizikai és kémiai változásokat vált ki, összehasonlítva a hőmérséklet ismeretes hatásaival. A folyékony víz például 0 ° C (32 ° F) hőmérsékletre hűtéskor szilárd jégré alakul, de szobahőmérsékleten jég is előállítható úgy, hogy a vizet a légköri nyomás körülbelül 10 000-szeresére nyomással összenyomják. Hasonlóképpen, a víz magas hőmérsékleten vagy alacsony nyomáson átalakul gáz-formájúvá.
A hőmérséklet és a nyomás felületes hasonlósága ellenére ez a két változó alapvetően különbözik egymástól az anyag belső energiájának befolyásolásában. A hőmérséklet-ingadozások tükrözik a kinetikus energia változásait és ezáltal a rezgő atomok termodinamikai viselkedését. A megnövekedett nyomás viszont megváltoztatja az atomkötések energiáját azáltal, hogy kisebb atomtömegű atomok közelebb kerülnek egymáshoz. A nyomás tehát az atomi kölcsönhatások és a kémiai kötés erőteljes szondaként szolgál. Ezenkívül a nyomás fontos eszköz a sűrű struktúrák, köztük a szuperkemény anyagok, az új megszilárdult gázok és folyadékok, valamint az ásványi szerű fázisok szintéziséhez, amelyek feltételezhetően mélyen a Földön és más bolygókban szintézisek.
Számos egységet vezettek be a nyomás mérésére, amelyeket időnként összekevernek az irodalomban. A légkört (atm; körülbelül 1,034 kilogramm / négyzetcentiméter [14,7 font / négyzet hüvelyk], ami körülbelül 760 milliméter [30 hüvelyk] higany súlyának felel meg) és a rudat (egy kilogramm négyzetcentiméterenként megegyező) gyakran idézzük. Véletlenszerűen ezek az egységek majdnem azonosak (1 bar = 0,987 atm). A pascal, amelyet egy newton négyzetméterenként határoznak meg (1 Pa = 0,00001 bar), a hivatalos SI (Système International d'Unités) nyomás mértékegysége. Ennek ellenére a pascal nem kapott egyetemes elfogadást a nagynyomású kutatók körében, talán azért, mert a gigapaszál (1 GPa = 10 000 bar) és a terapascal (1 TPa = 10 000 000 bar) kínos szükségessége miatt nagy nyomású eredményeket kell leírni.
A mindennapi tapasztalatok szerint a környezeti nyomást meghaladó nyomás tapasztalható például a főzőlapokon (kb. 1,5 atm), a pneumatikus gépjármű- és teherautó-gumikban (általában 2-3 atm) és a gőzrendszerekben (legfeljebb 20 atm). Az anyagkutatás kapcsán azonban a „magas nyomás” általában a légköri ezer és millió közötti nyomást jelenti.
A nagy nyomás alatt álló anyag tanulmányozása különösen fontos bolygóbeli kontextusban. A Csendes-óceán legmélyebb árokjában lévő tárgyakat körülbelül 0,1 GPa-nak (nagyjából 1000 atm) teszik ki, ami megegyezik a három kilométeres sziklaoszlop alatti nyomással. A Föld középpontjában a nyomás meghaladja a 300 GPa értéket, és a legnagyobb bolygók - a Szaturnusz és a Jupiter - belüli nyomás becslések szerint körülbelül 2 és 10 TPa. A szélsőséges esetben a csillagokon belüli nyomás meghaladhatja az 1 000 000 000 TPa értéket.
Magas nyomás előállítása
A tudósok nagy nyomáson tanulmányozzák az anyagokat úgy, hogy a mintákat speciálisan tervezett gépekbe zárták be, amelyek erőt hatnak a minta területére. 1900 előtt ezeket a vizsgálatokat meglehetősen nyers vas- vagy acélhengerekben végezték, általában viszonylag hatástalan csavartömítéssel. A maximális laboratóriumi nyomást körülbelül 0,3 GPa-ra korlátozták, és a palackok robbanása volt gyakori és néha sérülékeny esemény. A nagynyomású készülékek és a mérési technikák drámai fejlesztéseit Percy Williams Bridgman, az amerikai fizikus, a Cambridge-i masszázst vezette be. 1905-ben Bridgman fedezte fel a nyomás alatt álló minták, ideértve a gázokat és a folyadékokat, csomagolási módszerét oly módon, hogy a A tömítés mindig nagyobb nyomást tapasztalt, mint a vizsgált minta, ezáltal korlátozva a mintát és csökkentve a kísérleti kudarc kockázatát. Bridgman nemcsak rutinszerűen ért el a 30 000 atm feletti nyomást, hanem folyadékokat és más nehéz mintákat is tudott tanulmányozni.
