Quel est le chemin moyen libre?
Un libre parcours moyen est la longueur moyenne qu'une particule peut parcourir dans un environnement avant d'entrer en collision, d'être absorbée par ou de réagir avec une autre particule. Le terme est fréquemment utilisé pour discuter du comportement des gaz mais a également été appliqué dans les domaines du son et de la lumière. On pourrait calculer le chemin libre moyen d'un joueur dans un match de football. Sur une base relative, une molécule d'oxygène voyage beaucoup plus dans les airs avant d'entrer en collision que le joueur de football.
Les gaz sont un état ou une condition de la matière dans lequel les molécules sont si vaguement attirées les unes aux autres qu'elles s'écoulent librement et occuperont tout le volume d'un récipient. Le volume d'un gaz est le volume du conteneur. Les gaz sont facilement comprimés, dilatés et mélangés. Les gaz sont souvent invisibles en raison de leur faible concentration de matière par unité de volume ou, autrement dit, du long libre parcours moyen de leurs molécules.
En chimie, les calculs du libre parcours moyen sont utiles pour étudier le comportement en réaction à un gaz. La valeur du chemin est nécessairement le résultat de modèles, car il n’existe aucun moyen de mesurer ou de suivre une molécule en particulier. Les scientifiques examinent des paramètres observables tels que le volume, la température et la pression, ainsi que la taille des molécules dans le gaz et la concentration en gaz, afin de modéliser le comportement des molécules de gaz et d'en déduire des valeurs calculées.
Les molécules d’air, dans des conditions standard de 1 atmosphère (14,7 livres par pouce carré), 0deg; C (32 ° F), et un diamètre moléculaire déclaré de 0,3 nanomètres, nm (1,2 x 10-8 pouces), ont une parcours libre moyen calculé de 93 nm (3,6 x 10-6 pouces). La séparation moléculaire moyenne est calculée à 3,3 nm (1,3 x 10-7 pouces). Si les joueurs de football étaient aussi agiles que des atomes, leur libre parcours moyen serait d’environ 244 mètres (800 pieds), sur un terrain de football américain. Bien sûr, les joueurs de football ne sont pas également dispersés sur le terrain, tout comme les molécules de gaz dans une enceinte.
Dans les études sonores, le libre parcours moyen désigne la distance moyenne parcourue par un rayon de son avant d'être réfléchie par un obstacle. Ce calcul est important en acoustique et dépend du volume d'une pièce et de la surface totale des murs, du plafond et du sol de la pièce. Les études acoustiques, bien que complexes, sont quantifiables, car la vitesse des ondes sonores peut être mesurée avec précision dans diverses conditions.
Les études sur la diffusion de la lumière à travers des gaz ou des liquides utilisent des calculs de libre voie en dispersion moyenne. Celles-ci sont définies comme la distance moyenne parcourue par un photon avant qu'un événement de diffusion ne se produise en raison d'une collision ou d'une absorption du photon. Les calculs peuvent être utilisés pour déterminer des éléments tels que la turbidité de l’eau et les concentrations de diverses solutions. Les buveurs de thé observent une voie moyenne libre et dispersante pour déterminer si leur thé a suffisamment infusé.