Co je střední bezplatná cesta?

Střední volná cesta je průměrná délka, kterou může částice v prostředí projít, než se srazí, je absorbována nebo reaguje s jinou částicí. Termín je často používán diskutovat o chování plynů ale také byl aplikován v polích zvuku a světla. Dalo by se spočítat průměrnou volnou cestu hráče ve fotbalovém zápase. Na relativním základě molekula kyslíku cestuje mnohem dříve ve vzduchu, než se srazí, než fotbalista.

Plyny jsou stavem nebo stavem hmoty, ve kterém jsou molekuly tak volně přitahovány k sobě, že volně tekou a zabírají celý objem nádoby. Objem plynu je objem nádoby. Plyny jsou snadno komprimovány, expandovány a smíchány. Plyny jsou často neviditelné kvůli jejich nízké koncentraci hmoty na jednotku objemu nebo, jinak řečeno, dlouhé střední volné cestě jejich molekul.

V chemii jsou výpočty střední volné dráhy užitečné při studiu chování reakce plynů. Hodnota cesty je nutně výsledkem modelů, protože neexistuje způsob, jak měřit nebo sledovat žádnou jednu molekulu. Vědci sledují pozorovatelné parametry, jako je objem, teplota a tlak, stejně jako velikost molekul v plynu a koncentrace plynu, aby modelovali chování molekul plynu a odvodili vypočtené hodnoty.

Molekuly vzduchu při standardních podmínkách 1 atmosféry (14,7 liber na čtvereční palec), 0 ° C; 32 ° F) a uvedený molekulový průměr 0,3 nanometrů, nm (1,2 x 10-8 palců), mají vypočtená střední volná dráha 93 nm (3,6 x 10-6 palců). Průměrná molekulární separace se počítá při 3,3 nm (1,3 x 10-7 palců). Pokud by fotbalisté byli tak hbití jako atomy, jejich průměrná volná cesta by byla asi 244 metrů, na základě amerického fotbalového hřiště. Fotbaloví hráči samozřejmě nejsou rovnoměrně rozptýleni na poli, stejně jako molekuly plynu uvnitř uzavřeného prostoru.

Ve zvukových studiích průměrná volná cesta označuje průměrnou vzdálenost, kterou paprsek zvuku prochází, než se odrazí od překážky. Tento výpočet je důležitý v akustice a závisí na objemu místnosti a celkové ploše stěn místnosti, stropu a podlahy. Akustické studie, i když složité, jsou kvantifikovatelné, protože rychlost zvukových vln může být přesně měřena za různých podmínek.

Studie rozptylu světla plyny nebo kapalinami používají výpočty rozptylu průměrné volné cesty. Jsou definovány jako průměrná vzdálenost ujetá fotonem před výskytem rozptylu v důsledku kolize nebo absorpce fotonu. Výpočty lze použít k určení takových věcí, jako je zákal vody a koncentrace různých roztoků. Pijáci čaje sledují rozptyl volné střední cesty, aby určili, zda se jejich čaj dostatečně vaří.