Volgens een nieuwe studie onder leiding van een team van de Universiteit van New Mexico, eeuwenoude wetten over het gedrag van gasmengsels zijn niet van toepassing in aanwezigheid van schokgolven.

Deze bevinding zou potentiële gevolgen kunnen hebben voor alles wat te maken heeft met mengsels van gassen die worden blootgesteld aan een schokgolf, bijvoorbeeld, tijdens verbranding in een motor. Dit is ook relevant voor conventionele en nucleaire explosies, supersonische stralen, gasgekoelde kernreactorinstallaties, en traagheidsbeperkte fusie.

De resultaten zijn deze week gepubliceerd in het artikel "Dalton's and Amagat's Laws Fail in Gas Mixtures with Shock Propagation" in wetenschappelijke vooruitgang .

De studie, uitgevoerd bij UNM, omvatte het voormengen van twee gassen met dramatisch verschillende eigenschappen:licht helium en zwaar en stroperig zwavelhexafluoride. Het team karakteriseerde de eigenschappen van het resulterende mengsel, die goed overeenkwam met de klassieke theorie, toen werd een schokgolf geïntroduceerd, en de temperatuur en druk van het schokversnelde medium werden gemeten over enkele milliseconden - een korte tijd om in normale termen te denken, maar een lang interval vergeleken met de tijdschalen die bij de schokgolfpassage horen. De onderzoekers ontdekten dat de temperatuur en druk na de schokcompressie niet overeenkwamen met wat zou zijn verwacht op basis van de voorspellingen van een van de twee klassieke theoretische wetten - die van Dalton of Amagat.

De Franse natuurkundige Emile Hilaire Amagat's wet van deelvolumes uit 1880 stelt dat het totale volume van een gasmengsel gelijk is aan de som van de deelvolumes die elk gas zou innemen als het alleen zou bestaan ​​bij de temperatuur en druk van het mengsel. En in 1802 wetenschapper John Dalton verklaarde dat de totale druk in een niet-reactief gasmengsel - bij constante temperatuur en volume - gelijk is aan de som van de partiële drukken van de samenstellende gassen.

"Onze studie wees uit dat klassieke wetten die worden gebruikt om de eigenschappen van gasmengsels te voorspellen, niet werken in een vrij veel voorkomende en praktisch belangrijke situatie, " zei co-auteur Peter Vorobieff.

De reden voor meningsverschillen is dat geen van de klassieke wetten nauwkeurig kan beschrijven wat er op moleculair niveau gebeurt, hij zei. Eenvoudige overwegingen van tijdschalen uit de kinetische moleculaire theorie, en hoe ze worden beïnvloed door schokversnelling, lijken op zijn minst een kwalitatieve verklaring te geven voor de experimentele waarnemingen. Vorobieff zei dat hoewel dit een solide eerste stap is, de uiteindelijke gevolgen zijn nog niet vastgesteld, en er is nog veel meer studie nodig. Mogelijke effecten kunnen een ontwerpwijziging betekenen in mechanismen zoals motoren die rekening houden met hoe schokgolven de eigenschappen van het gasmengsel beïnvloeden.

"Ons werk heeft aangetoond dat de klassieke gasmengseltheorie niet werkt in schokversnelde en mogelijk andere samendrukbare stromen, "Zei Vorobieff. "We moeten experimenten uitvoeren met meer gasmengsels en een breder scala aan omstandigheden om de omvang van het probleem te onderzoeken en een theorie te ontwikkelen die onze waarnemingen verklaart."