Secondo un nuovo studio condotto da un team dell'Università del New Mexico, le leggi secolari sul comportamento delle miscele di gas non si applicano in presenza di onde d'urto.

Questa scoperta potrebbe avere un impatto potenziale per tutto ciò che riguarda miscele di gas esposte a un'onda d'urto, Per esempio, durante la combustione in un motore. Ciò è rilevante anche per le esplosioni convenzionali e nucleari, getti supersonici, impianti di reattori nucleari raffreddati a gas, e fusione inerziale.

I risultati sono stati pubblicati questa settimana nel documento "Le leggi di Dalton e Amagat falliscono nelle miscele di gas con propagazione d'urto" in Progressi scientifici .

Lo studio, condotto all'UNM, implicava la premiscelazione di due gas con proprietà notevolmente diverse:elio leggero ed esafluoruro di zolfo pesante e viscoso. Il team ha caratterizzato le proprietà della miscela risultante, che ben si accordava con la teoria classica, poi è stata introdotta un'onda d'urto, e la temperatura e la pressione del mezzo accelerato dall'urto sono state misurate in diversi millisecondi, un tempo breve da pensare in termini normali, ma un intervallo lungo rispetto alle scale temporali associate al passaggio dell'onda d'urto. I ricercatori hanno scoperto che la temperatura e la pressione dopo la compressione dell'urto non si allineavano con quanto ci si sarebbe aspettato dalle previsioni di nessuna delle due leggi teoriche classiche:quella di Dalton o quella di Amagat.

La legge dei volumi parziali del fisico francese Emile Hilaire Amagat del 1880 afferma che il volume totale di una miscela di gas è uguale alla somma dei volumi parziali che ogni gas occuperebbe se esistesse da solo alla temperatura e alla pressione della miscela. E nel 1802, lo scienziato John Dalton ha affermato che la pressione totale in una miscela di gas non reattivi, a temperatura e volume costanti, è uguale alla somma delle pressioni parziali dei gas componenti.

"Il nostro studio ha scoperto che le leggi classiche utilizzate per prevedere le proprietà della miscela di gas non funzionano in una situazione abbastanza comune e praticamente importante, ", ha detto il co-autore Peter Vorobieff.

La ragione dei disaccordi è che né la legge classica può descrivere con precisione ciò che accade a livello molecolare, Egli ha detto. Semplici considerazioni sulle scale temporali dalla teoria cinetica molecolare, e come sono influenzati dall'accelerazione degli urti, sembrano fornire almeno una spiegazione qualitativa delle osservazioni sperimentali. Vorobieff ha detto che sebbene questo sia un primo passo solido, le implicazioni ultime non sono ancora state determinate, e sono necessari molti ulteriori studi. I possibili impatti potrebbero significare un cambiamento di progettazione in meccanismi come i motori che tengono conto di come le onde d'urto influenzano le proprietà della miscela di gas.

"Il nostro lavoro ha dimostrato che la teoria classica della miscela di gas non funziona in flussi accelerati da shock e possibilmente in altri flussi comprimibili, " Ha detto Vorobieff. "Dobbiamo condurre esperimenti con più miscele di gas e una più ampia gamma di condizioni per esplorare la portata del problema e sviluppare una teoria che spieghi le nostre osservazioni".