Fenomena tekanan tinggi, perubahan ciri fizikal, kimia, dan struktur yang penting mengalami ketika mengalami tekanan tinggi. Tekanan dengan demikian berfungsi sebagai alat serbaguna dalam penyelidikan bahan, dan sangat penting dalam penyelidikan batu dan mineral yang membentuk bahagian dalam Bumi dan planet lain.
Tekanan, didefinisikan sebagai daya yang diterapkan pada suatu kawasan, adalah pemboleh ubah termokimia yang mendorong perubahan fizikal dan kimia yang setanding dengan kesan suhu yang lebih biasa. Air cair, misalnya, berubah menjadi ais pekat apabila disejukkan ke suhu di bawah 0 ° C (32 ° F), tetapi ais juga dapat dihasilkan pada suhu bilik dengan memampatkan air ke tekanan kira-kira 10,000 kali di atas tekanan atmosfera. Begitu juga, air berubah menjadi bentuk gasnya pada suhu tinggi atau pada tekanan rendah.
Walaupun terdapat persamaan dangkal antara suhu dan tekanan, kedua pemboleh ubah ini pada asasnya berbeza dalam cara mereka mempengaruhi tenaga dalaman bahan. Variasi suhu mencerminkan perubahan dalam tenaga kinetik dan dengan demikian pada tingkah laku termodinamik atom yang bergetar. Tekanan yang meningkat, sebaliknya, mengubah tenaga ikatan atom dengan memaksa atom lebih dekat bersama dalam isipadu yang lebih kecil. Tekanan dengan demikian berfungsi sebagai penyiasat interaksi atom dan ikatan kimia. Tambahan pula, tekanan adalah alat penting untuk mensintesis struktur padat, termasuk bahan superhard, gas dan cecair pepejal baru, dan fasa seperti mineral yang disyaki berlaku jauh di dalam Bumi dan planet lain.
Banyak unit untuk mengukur tekanan telah diperkenalkan dan, kadang-kadang, keliru dalam literatur. Atmosfer (atm; kira-kira 1.034 kilogram per sentimeter persegi [14.7 paun per inci persegi], bersamaan dengan berat kira-kira 760 milimeter [30 inci] merkuri] dan bar (bersamaan dengan satu kilogram per sentimeter persegi) sering disebut. Secara kebetulan, unit ini hampir sama (1 bar = 0,987 atm). Pascal, ditakrifkan sebagai satu newton per meter persegi (1 Pa = 0,00001 bar), adalah unit tekanan SI (Système International d'Unités) rasmi. Walaupun begitu, pascal tidak mendapat penerimaan universal di kalangan penyelidik tekanan tinggi, mungkin kerana keperluan canggung menggunakan gigapascal (1 GPa = 10,000 bar) dan terapascal (1 TPa = 10,000,000 bar) dalam menggambarkan hasil tekanan tinggi.
Dalam pengalaman sehari-hari, tekanan lebih besar daripada ambien dihadapi, misalnya, periuk tekanan (kira-kira 1.5 atm), tayar kereta dan trak pneumatik (biasanya 2 hingga 3 atm), dan sistem wap (hingga 20 atm). Namun, dalam konteks penelitian bahan, "tekanan tinggi" biasanya merujuk pada tekanan dalam lingkungan ribuan hingga jutaan atmosfera.
Kajian jirim di bawah tekanan tinggi sangat penting dalam konteks planet. Objek di parit terdalam Lautan Pasifik dikenakan sekitar 0.1 GPa (kira-kira 1.000 atm), setara dengan tekanan di bawah lajur batu tiga kilometer. Tekanan di pusat Bumi melebihi 300 GPa, dan tekanan di dalam planet terbesar — Saturnus dan Musytari — dianggarkan masing-masing sekitar 2 dan 10 TPa. Pada tahap paling atas, tekanan di dalam bintang mungkin melebihi 1,000,000,000 TPa.
Menghasilkan tekanan tinggi
Para saintis mengkaji bahan pada tekanan tinggi dengan mengurung sampel di mesin yang direka khas yang memberi kekuatan pada kawasan sampel. Sebelum tahun 1900, kajian ini dilakukan pada silinder besi atau keluli yang agak kasar, biasanya dengan penutup skru yang relatif tidak cekap. Tekanan makmal maksimum terhad kepada sekitar 0.3 GPa, dan letupan silinder adalah kejadian biasa dan kadang-kadang memudaratkan. Peningkatan dramatis dalam alat tekanan tinggi dan teknik pengukuran diperkenalkan oleh ahli fizik Amerika Percy Williams Bridgman dari Harvard University di Cambridge, Mass. Pada tahun 1905 Bridgman menemui kaedah mengemas sampel bertekanan, termasuk gas dan cecair, sedemikian rupa sehingga penyegelan gasket selalu mengalami tekanan yang lebih tinggi daripada sampel yang dikaji, sehingga mengurung sampel dan mengurangkan risiko kegagalan eksperimen. Bridgman bukan sahaja secara rutin mencapai tekanan di atas 30,000 atm, tetapi dia juga dapat mempelajari cecair dan sampel sukar lainnya.
