Qual è il percorso libero medio?
Un percorso libero medio è la lunghezza media che una particella può percorrere in un ambiente prima di scontrarsi, essere assorbita o reagire con un'altra particella. Il termine è spesso usato per discutere il comportamento dei gas ma è stato anche applicato nei campi del suono e della luce. Si potrebbe calcolare il percorso libero medio di un giocatore in una partita di calcio. Su una base relativa, una molecola di ossigeno viaggia molto più in aria prima di scontrarsi rispetto al calciatore.
I gas sono uno stato o una condizione della materia in cui le molecole sono così vagamente attratte l'una dall'altra da fluire liberamente e occuperanno l'intero volume di un contenitore. Il volume di un gas è il volume del contenitore. I gas possono essere facilmente compressi, espansi e miscelati. I gas sono spesso invisibili a causa della loro bassa concentrazione di materia per unità di volume o, diversamente indicato, del lungo percorso libero medio delle loro molecole.
In chimica, i calcoli del percorso libero medio sono utili nello studio del comportamento della reazione gassosa. Il valore del percorso è, necessariamente, il risultato di modelli, in quanto non esiste alcun modo per misurare o tracciare una molecola. Gli scienziati esaminano parametri osservabili come volume, temperatura e pressione, nonché le dimensioni delle molecole nel gas e la concentrazione di gas per modellare il comportamento delle molecole di gas e ricavare valori calcolati.
Le molecole di aria, in condizioni standard di 1 atmosfera (14,7 libbre per pollice quadrato), 0 gradi; C (32 ° F) e un diametro molecolare dichiarato di 0,3 nanometri, nm (1,2 x 10-8 pollici), ha un percorso libero medio calcolato di 93 nm (3,6 x 10-6 pollici). La separazione molecolare media è calcolata a 3,3 nm (1,3 x10-7 pollici). Se i giocatori di calcio fossero agili come gli atomi, il loro percorso libero medio sarebbe di circa 244 metri, basato su un campo di football americano. Naturalmente, i giocatori di calcio non sono uniformemente dispersi sul campo come le molecole di gas all'interno di un recinto.
Negli studi sul suono, il percorso libero medio si riferisce alla distanza media percorsa da un raggio di suono prima di essere riflesso da un ostacolo. Questo calcolo è importante in acustica e dipende dal volume di una stanza e dalla superficie totale delle pareti, del soffitto e del pavimento della stanza. Gli studi acustici, sebbene complicati, sono quantificabili, poiché la velocità delle onde sonore può essere misurata con precisione in una varietà di condizioni.
Gli studi sulla dispersione della luce attraverso gas o liquidi utilizzano calcoli di percorsi liberi di media diffusione. Questi sono definiti come la distanza media percorsa da un fotone prima che si verifichi un evento di scattering dovuto alla collisione o all'assorbimento del fotone. I calcoli possono essere utilizzati per determinare cose come la torbidità dell'acqua e le concentrazioni di varie soluzioni. I bevitori di tè stanno osservando il percorso medio libero di dispersione per determinare se il loro tè è stato preparato sufficientemente.