平均フリーパスとは何ですか？

平均自由行程とは、衝突、吸収、または他の粒子と反応する前に、粒子が環境内を移動できる平均の長さです。 この用語は、気体の挙動を議論するために頻繁に使用されますが、音と光の分野でも適用されています。 フットボールの試合でのプレーヤーの平均自由行程を計算できます。 相対的な基準では、酸素分子は衝突する前にフットボール選手よりもはるかに遠く空中を移動します。

気体は、分子が互いに非常にゆるく引き付けられて自由に流動し、容器の全容積を占有する物質の状態または状態です。 気体の体積は、容器の体積です。 ガスは簡単に圧縮、膨張、混合されます。 気体は、単位体積あたりの物質の濃度が低いため、または別の言い方をすれば、分子の平均自由行程が長いため、目に見えないことがよくあります。

化学では、平均自由行程の計算はガス反応の挙動を研究するのに役立ちます。 1つの分子を測定または追跡する方法はないため、パスの値は必然的にモデルの結果です。 科学者は、ガス分子の挙動をモデル化し、計算値を導き出すために、ガス中の分子のサイズやガス濃度だけでなく、体積、温度、圧力などの観測可能なパラメーターを調べます。

1大気（14.7ポンド/平方インチ）、0°C（32°F）、および0.3ナノメートル（nm、1.2 x 10-8インチ）の指定分子直径の標準条件での空気の分子は、 93 nm（3.6 x 10-6インチ）の平均自由行程を計算しました。 平均分子分離は3.3 nm（1.3 x 10-7インチ）で計算されます。 フットボール選手が原子のように機敏であれば、彼らの平均自由行程は、アメリカンフットボールのフィールドに基づいて約800フィート（244メートル）です。 もちろん、フットボール選手はエンクロージャー内のガス分子のようにフィールドの周りに均等に分散されていません。

音の研究では、平均自由行程とは、障害物で反射される前に音の光線が移動する平均距離を指します。 この計算は音響学において重要であり、部屋の容積と部屋の壁、天井、床の総表面積に依存します。 音波の速度はさまざまな条件下で正確に測定できるため、音響研究は複雑ですが定量化できます。

気体または液体による光散乱の研究では、散乱平均自由行程計算を使用します。 これらは、光子の衝突または吸収により散乱イベントが発生する前に、光子が移動した平均距離として定義されます。 この計算を使用して、水の濁度やさまざまな溶液の濃度などを判断できます。 お茶を飲む人は、自分のお茶が十分に抽出されたかどうかを判断するために、散乱のない平均経路を観察しています。