Yüksek basınç olayları, yüksek basınca maruz kaldığında önemli olan fiziksel, kimyasal ve yapısal özelliklerde değişiklikler. Bu nedenle basınç, malzeme araştırmalarında çok yönlü bir araç görevi görür ve özellikle Dünya'nın ve diğer gezegenlerin derin iç kısmını oluşturan kayaların ve minerallerin araştırılmasında önemlidir.
Bir alana uygulanan kuvvet olarak tanımlanan basınç, sıcaklığın daha bilinen etkileriyle karşılaştırılabilir fiziksel ve kimyasal değişiklikleri indükleyen termokimyasal bir değişkendir. Örneğin sıvı su, 0 ° C'nin (32 ° F) altındaki sıcaklıklara soğutulduğunda katı buza dönüşür, ancak oda sıcaklığında, atmosfer basıncının kabaca 10.000 katı basınçta su sıkıştırarak da buz üretilebilir. Benzer şekilde, su yüksek sıcaklıkta veya düşük basınçta gaz halini alır.
Sıcaklık ve basınç arasındaki yüzeysel benzerliğe rağmen, bu iki değişken bir malzemenin iç enerjisini etkileme biçimlerinden temel olarak farklıdır. Sıcaklık değişimleri kinetik enerjideki ve dolayısıyla titreşen atomların termodinamik davranışındaki değişiklikleri yansıtır. Artan basınç, atomları daha küçük bir hacimde birbirine daha yakın zorlayarak atomik bağların enerjisini değiştirir. Böylece basınç atomik etkileşimlerin ve kimyasal bağların güçlü bir sondası olarak işlev görür. Ayrıca, basınç, süper sert malzemeler, yeni katılaşmış gazlar ve sıvılar ve Dünya'nın ve diğer gezegenlerin derinlerinde meydana geldiği düşünülen mineral benzeri fazları içeren yoğun yapıları sentezlemek için önemli bir araçtır.
Basıncı ölçmek için çok sayıda birim sunulmuştur ve zaman zaman literatürde karıştırılmaktadır. Atmosfer (atm; santimetre kare başına yaklaşık 1.034 kilogram [inç kare başına 14.7 pound], yaklaşık 760 milimetre [30 inç] civa ağırlığına eşdeğer) ve çubuk (santimetre kare başına bir kilograma eşdeğer) genellikle belirtilir. Tesadüfen, bu birimler hemen hemen aynıdır (1 bar = 0.987 atm). Metrekare başına bir Newton (1 Pa = 0.00001 bar) olarak tanımlanan pascal, resmi SI (Système International d'Unités) basınç birimidir. Bununla birlikte, pascal yüksek basınçlı araştırmacılar arasında, belki de yüksek basınç sonuçlarını tanımlamak için gigapascal (1 GPa = 10.000 bar) ve terapascal (1 TPa = 10.000.000 bar) kullanmanın garip gerekliliği nedeniyle evrensel kabul görmemiştir.
Günlük deneyimlerde, örneğin düdüklü tencereler (yaklaşık 1,5 atm), pnömatik otomobil ve kamyon lastikleri (genellikle 2 ila 3 atm) ve buhar sistemlerinde (20 atm'ye kadar) ortamdan daha büyük basınçlarla karşılaşılır. Bununla birlikte, malzeme araştırması bağlamında, “yüksek basınç” genellikle binlerce ila milyonlarca atmosfer arasındaki basınçları ifade eder.
Yüksek basınç altındaki madde çalışmaları özellikle gezegensel bağlamda önemlidir. Pasifik Okyanusu'nun en derin hendeğindeki nesneler, üç kilometrelik bir kaya kolonunun altındaki basınca eşdeğer yaklaşık 0.1 GPa'ya (kabaca 1.000 atm) maruz kalır. Dünyanın merkezindeki basınç 300 GPa'yı aşıyor ve en büyük gezegenlerin (Satürn ve Jüpiter) basınçlarının sırasıyla yaklaşık 2 ve 10 TPa olduğu tahmin ediliyor. Üst uçta, yıldızların içindeki basınçlar 1.000.000.000 TPa'yı aşabilir.
Yüksek basınç üretmek
Bilim adamları, numuneleri, numune alanına kuvvet uygulayan özel olarak tasarlanmış makinelerde hapsederek yüksek basınçta inceliyorlar. 1900'den önce bu çalışmalar, genellikle nispeten verimsiz vidalı contalar ile oldukça ham demir veya çelik silindirlerde gerçekleştirildi. Maksimum laboratuvar basınçları yaklaşık 0,3 GPa ile sınırlıydı ve silindirlerin patlamaları yaygın ve bazen de zarar verici bir olaydı. Yüksek basınçlı aparatlarda ve ölçüm tekniklerindeki dramatik gelişmeler, Cambridge, Mass'daki Harvard Üniversitesi'nden Amerikalı fizikçi Percy Williams Bridgman tarafından tanıtıldı. 1905 yılında Bridgman, gazlar ve sıvılar da dahil olmak üzere basınçlı numuneleri sızdırmazlık sağlayacak şekilde paketleme yöntemini keşfetti. Conta her zaman çalışılan örnekten daha yüksek bir basınç yaşadı, böylece numuneyi hapsetti ve deneysel başarısızlık riskini azalttı. Bridgman rutin olarak sadece 30.000 atm'nin üzerindeki baskılara sahip olmakla kalmadı, aynı zamanda sıvıları ve diğer zor örnekleri de çalıştı.
