Wat is het gemiddelde vrije pad?
Een gemiddeld vrij pad is de gemiddelde lengte die een deeltje in een omgeving kan afleggen voordat het botst, wordt geabsorbeerd door of reageert met een ander deeltje. De term wordt vaak gebruikt om het gedrag van gassen te bespreken, maar wordt ook toegepast op het gebied van geluid en licht. Je zou het gemiddelde vrije pad van een speler in een voetbalspel kunnen berekenen. Relatief gezien reist een molecuul zuurstof veel verder in de lucht voordat het botst dan de voetballer.
Gassen zijn een toestand of toestand van materie waarin de moleculen zo losjes tot elkaar worden aangetrokken dat ze vrij stromen en het volledige volume van een container zullen innemen. Het volume van een gas is het volume van de container. Gassen kunnen gemakkelijk worden gecomprimeerd, uitgebreid en gemengd. Gassen zijn vaak onzichtbaar vanwege hun lage concentratie materie per volume-eenheid, of, anders gezegd, het lange gemiddelde vrije pad van hun moleculen.
In de chemie zijn berekeningen van het gemiddelde vrije pad nuttig bij het bestuderen van gasreactie-gedrag. De waarde van het pad is noodzakelijkerwijs het resultaat van modellen, omdat er geen manier is om één molecuul te meten of te volgen. Wetenschappers kijken naar waarneembare parameters zoals volume, temperatuur en druk, evenals de grootte van de moleculen in het gas en de gasconcentratie om het gedrag van gasmoleculen te modelleren en berekende waarden af te leiden.
De luchtmoleculen, bij standaardomstandigheden van 1 atmosfeer (14,7 pond per vierkante inch), 0 graden; C (32 ° F), en een aangegeven moleculaire diameter van 0,3 nanometer, nm, (1,2 x 10-8 inch), hebben een berekend gemiddeld vrij pad van 93 nm (3,6 x 10-6 inch). De gemiddelde moleculaire scheiding wordt berekend bij 3,3 nm (1,3 x 10-7 inch). Als voetbalspelers net zo lenig als atomen zouden zijn, zou hun gemiddelde vrije pad ongeveer 244 meter zijn, gebaseerd op een Amerikaans voetbalveld. Natuurlijk zijn voetbalspelers niet gelijkmatig verspreid over het veld, net als gasmoleculen in een behuizing.
In geluidstudies verwijst het gemiddelde vrije pad naar de gemiddelde afstand die een straal van geluid aflegt voordat het wordt gereflecteerd door een obstakel. Deze berekening is belangrijk in de akoestiek en hangt af van het volume van een kamer en de totale oppervlakte van de muren, het plafond en de vloer van de kamer. Hoewel akoestische studies gecompliceerd zijn, zijn ze meetbaar, omdat de snelheid van geluidsgolven nauwkeurig kan worden gemeten onder verschillende omstandigheden.
Studies van lichtverstrooiing door gassen of vloeistoffen maken gebruik van verstrooiing van gemiddelde vrije wegberekeningen. Deze worden gedefinieerd als de gemiddelde afstand afgelegd door een foton voordat zich een verstrooiing voordoet als gevolg van botsing of absorptie van het foton. De berekeningen kunnen worden gebruikt om zaken als watertroebelheid en concentraties van verschillende oplossingen te bepalen. Theedrinkers observeren verstrooiing vrij gemiddelde pad om te bepalen of hun thee voldoende heeft gebrouwen.