Давление изменяется в очень широких пределах – от сверхвысокого вакуума (низкое давление) до очень высокого значения. Эти изменения иногда заметно сказываются на свойствах различных материалов.
Вещество существует в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном, и в каждом из этих состояний оно сжимаемо по-разному. Идеальные газы сжимаемы почти в любой степени и при нормальном давлении подчиняются закону Бойля-Мариотта (согласно которому давление газа изменяется обратно пропорционально его объему). Жидкости, напротив, сжимаются значительно труднее, и изменения их объема, вызванные давлением, не подчиняются простому закону.
Твердые тела наименее сжимаемы. Их строгая внутренняя структура, в которой атомы удерживаются на определенных расстояниях очень большими силами, оказывает наибольшее сопротивление внешнему давлению. При достаточно высоких давлениях эта структура может исказиться или разрушиться, но в действительности ее поведение определяется внутренним атомным или молекулярным строением.
Сжимаемость газа можно рассчитать с помощью уравнения состояния, а для твердых тел и жидкостей она определяется лишь экспериментально. Например, установлено, что объем жидкой ртути при 0°С изменяется менее чем на миллионную долю при изменении давления в пределах 0 – 7·10⁸ Н/м² (0 – 7000 атм).

Искусственные алмазы получают, подвергая
графит воздействию очень высоких давлений
и температур. В основном искусственные ал-
мазы по качеству гораздо хуже природных.

Воздействие давления

Под действием давления состояние любого вещества при определенных условиях может заметно измениться. Так, при температуре ниже некоторой критической точки давление может превратить газ в жидкость.
Предельно высокие давления широко применяются в промышленности. Гидравлические установки позволяют с помощью давления поднимать очень тяжелые грузы. В автомобильной промышленности давление используют для штамповки кузовов из плоских металлических заготовок. Поведение металлов под давлением служит также основой процессов, связанных с ковкой и прокатом. С другой стороны, при достаточно высоких давлениях металл, наоборот, может приобрести пластичность. Это свойство означает, что металл продолжает вытягиваться даже в том случае, когда приложенный груз остается постоянным. В пределах диапазона упругости данного материала его растяжение прямо пропорционально приложенному напряжению; размеры образца восстанавливаются, когда напряжение снимают. Свойство пластичности используется, например, при штамповке металлов, однако при этом требуется огромное давление.

Металлические заготовки сложной формы
можно получить путем штамповки. Холодный
металл давлением проталкивают через от-
верстие соответствующей формы; под воз-
действием больших давлений металл перехо-
дит в «пластическое» состояние и начинает
плавно «течь» через штамповочную фильеру.

Гидравлический пресс формует панели
из одного плоского куста металла. Поршень
двигает формовку нужного профиля, а затем
рама гидравлического пресса вдавливает ее
с огромной силой в лист металла. Прессы,
обеспечивающие высокие давления, обычно
очень дороги, но их быстродействие оправды-
вает расходы.

На другом конце диапазона давлений находится вакуум, который может иметь различные степени разрежения. Для получения вакуума газ выкачивают из замкнутого объема. Следовательно, число молекул там значительно уменьшается и соответственно уменьшается количество столкновений между ними, а это означает изменение внутренней энергии и давления газа. Однако создание вакуума не ограничивается замкнутыми объемами, первоначально не содержащими ничего, кроме газа. Неполный вакуум может быть получен над поверхностью жидкости, где пространство заполнено парами жидкости. Если путем откачивания уменьшить давление газа над поверхностью жидкости, то она будет кипеть при температуре ниже ее точки кипения при атмосферном давлении.

А Б В
Давление, испытываемое большими конструкциями, подобными этому мосту через реку Северн (А), измеряют прибором, определяющим
электрическое напряжение (Б). Действие ею основано на свойстве (впервые замеченном Кельвином в 1856 г.) проводника изменять элект-
рическое сопротивление при растяжении. Этот принцип впервые был практически применен в США в 1938 г., и теперь такой прибор широко
используется для анализа нагрузок. Прибор имеет сетку из тонкой металлической проволоки, нанесенной на тонкую основу (обычно
решетку из металлической проволоки получают штамповкой на фольге (В). Прибор присоединяют к поверхности конструкции и измеряют
изменяющееся сопротивление проволоки; запись производится автоматически.

Испытание материалов на прочность позволяет
выявить их действительно слабые и сильные
стороны. Эти испытания производятся при помощи
устройств, которые создают различные сжатия и
растяжения и автоматически записывают нагрузки,
испытываемые материалом на каждом этапе. Подоб-
ным испытаниям подвергаются не только «эластичные»
металлы (которые могут растягиваться подобно про-
волоке), но и хрупкие материалы типа показанного
здесь фибергласа.

Вакуум в промышленности

Высокий вакуум, как и высокие давления, находит множество применений в промышленности. Так, вакуум используют в процессе нанесения на поверхность изделий тонких металлических пленок. Предмет помешают в замкнутый объем, содержащий высокий вакуум. Когда пары металла впрыскивают внутрь объема, они осаждаются на поверхности предмета, образуя тонкую зеркальную пленку.
В условиях высокого вакуума осуществляется также внесение примесей в различные вещества. Именно на использовании сверхвысокого вакуума основана чрезвычайно тонкая электронная технология.
Технологические процессы – не единственная область применения предельных давлений. Известно, что все вещества в какой-либо степени сжимаемы, поэтому исследование воздействия давления на материалы очень важно и в строительном деле. Испытания строительных материалов под напряжением и давлением дают необходимую информацию о предельных нагрузках и растяжениях, которые способны выдержать различные материалы.

А Б
Вакуумное напыление широко используется для нанесения металлических
покрытий. Заготовку помещают в камеру (А) вместе с проводом, покрытым
крупинками напыляемого металла. Затем в камере создают очень низкое
давление, а по проводу пропускают электрический ток. Частички металла
плавятся, испаряются и оседают на заготовках в виде тонкой металлической
пленки (Б).

Высокий вакуум дает возможность так видоизменить
пластинки кремния, что на каждой из них удается
разместить целую электронную схему. С этой целью
в основной материал вводят определенные примеси,
которые, воздействуя на проводимость основного
материала, выполняют функции различных элементов
электронных схем: транзисторов, диодов, конденсато-
ров и т. д. Внедрение или напыление примесей на
чистую кремниевую заготовку производят в вакууме.
Подключение такой «интегральной» схемы осуществля-
ется посредством тонких проводников, вплавленных в
заготовку.

Давление и гравитация

На раннем этапе эволюции звезд происходит процесс конденсации межзвездных пыли и газа под воздействием гравитационных сил. Этот процесс сопровождается выделением тепла, что приводит к появлению высоких внутренних давлений. Силы давления и оказывают сопротивление дальнейшему гравитационному сжатию. Сжатие прекращается, когда противоположные по направлению силы давления и гравитации приходят в равновесие. Внутри звезд давления и температуры предельно высоки. В центре Солнца температура, возможно, близка к 10 млн. градусов, а плотность в 50 раз превосходит плотность воды. Давление здесь достигает величины порядка 4·10¹⁶ Н/м².
В некоторых звездах давления так велики, что атомы полностью разрушаются. Протоны и электроны существуют отдельно и сжаты столь сильно, что плотность вещества в таких звездах достигает нескольких тонн на кубический сантиметр.

В области объекта М8 наблюдаются молодые звезды.
В скоплении слева образование звезд почти завершено,
и очень высокие давления, сопровождающиеся увеличе-
нием внутренней температуры звезд, препятствуют их
дальнейшему сжатию.