Según un nuevo estudio dirigido por un equipo de la Universidad de Nuevo México, Las leyes centenarias sobre el comportamiento de mezclas de gases no se aplican en presencia de ondas de choque.

Este hallazgo podría tener un impacto potencial para todo lo que involucre mezclas de gases expuestos a una onda de choque, por ejemplo, durante la combustión en un motor. Esto también es relevante para explosiones convencionales y nucleares, jets supersónicos, plantas de reactores nucleares refrigerados por gas, y fusión confinada inercialmente.

Los resultados se publicaron esta semana en el artículo "Las leyes de Dalton y Amagat fallan en mezclas de gases con propagación de impactos" en Avances de la ciencia .

El estudio, realizado en UNM, implicó la premezcla de dos gases con propiedades dramáticamente diferentes:helio ligero y hexafluoruro de azufre pesado y viscoso. El equipo caracterizó las propiedades de la mezcla resultante, que concordaba bien con la teoría clásica, luego se introdujo una onda de choque, y la temperatura y la presión del medio acelerado por choque se midieron durante varios milisegundos, un tiempo corto para pensar en términos normales, pero un intervalo largo en comparación con las escalas de tiempo asociadas con el paso de la onda de choque. Los investigadores encontraron que la temperatura y la presión después de la compresión del choque no coincidían con lo que se esperaba de las predicciones de cualquiera de las dos leyes teóricas clásicas:la de Dalton o la de Amagat.

La ley de los volúmenes parciales del físico francés Emile Hilaire Amagat de 1880 establece que el volumen total de una mezcla de gases es igual a la suma de los volúmenes parciales que ocuparía cada gas si existiera solo a la temperatura y presión de la mezcla. Y en 1802, El científico John Dalton afirmó que la presión total en una mezcla de gases no reactivos, a temperatura y volumen constantes, es igual a la suma de las presiones parciales de los gases componentes.

"Nuestro estudio encontró que las leyes clásicas utilizadas para predecir las propiedades de la mezcla de gases no funcionan en una situación bastante común y prácticamente importante, ", dijo el coautor Peter Vorobieff.

La razón de los desacuerdos es que ninguna de las leyes clásicas puede describir con precisión lo que sucede a nivel molecular, él dijo. Consideraciones simples de escalas de tiempo de la teoría cinética molecular, y cómo se ven afectados por la aceleración del impacto, parecen proporcionar al menos una explicación cualitativa de las observaciones experimentales. Vorobieff dijo que aunque este es un primer paso sólido, las implicaciones finales aún no se han determinado, y se requieren muchos más estudios. Los posibles impactos podrían significar un cambio de diseño en mecanismos como los motores que tienen en cuenta cómo las ondas de choque afectan las propiedades de la mezcla de gases.

"Nuestro trabajo ha demostrado que la teoría clásica de la mezcla de gases no funciona en flujos acelerados por choque y posiblemente otros flujos compresibles, ", Dijo Vorobieff." Debemos realizar experimentos con más mezclas de gases y una gama más amplia de condiciones para explorar el alcance del problema y desarrollar una teoría que explique nuestras observaciones ".