Jaka jest średnia wolna ścieżka?
Średnia wolna ścieżka to średnia długość, jaką cząstka może podróżować w środowisku przed zderzeniem, pochłonięciem lub reakcją z inną cząsteczką. Termin ten jest często używany w celu omówienia zachowania gazów, ale także został zastosowany w dziedzinie dźwięku i światła. Można obliczyć średnią wolną ścieżkę zawodnika w meczu piłkarskim. Względnie, cząsteczka tlenu przemieszcza się w powietrzu znacznie dalej przed zderzeniem niż piłkarz.
Gazy to stan lub stan materii, w którym cząsteczki są tak luźno przyciągane do siebie, że swobodnie płyną i zajmują całą objętość pojemnika. Objętość gazu jest objętością pojemnika. Gazy można łatwo kompresować, rozprężać i mieszać. Gazy są często niewidoczne ze względu na ich niskie stężenie materii na jednostkę objętości lub, inaczej mówiąc, długą średnią swobodną ścieżkę ich cząsteczek.
W chemii obliczenia średniej wolnej ścieżki są przydatne w badaniu zachowania reakcji gazowej. Wartość ścieżki jest z konieczności wynikiem modeli, ponieważ nie ma możliwości zmierzenia ani śledzenia żadnej cząsteczki. Naukowcy analizują obserwowalne parametry, takie jak objętość, temperatura i ciśnienie, a także wielkość cząsteczek w gazie i stężenie gazu, aby modelować zachowanie cząsteczki gazu i wyprowadzać obliczone wartości.
Cząsteczki powietrza, w standardowych warunkach 1 atmosfery (14,7 funta na cal kwadratowy), 0 ° C (32 ° F) i określonej średnicy molekularnej wynoszącej 0,3 nanometra, nm (1,2 x 10-8 cali), mają obliczona średnia wolna droga 93 nm (3,6 x 10-6 cali). Średni rozdział molekularny oblicza się przy 3,3 nm (1,3 x 10-7 cali). Gdyby piłkarze byli zwinni jak atomy, ich średnia wolna ścieżka wynosiłaby około 244 metrów (800 stóp), w oparciu o boisko do futbolu amerykańskiego. Oczywiście piłkarze nie są równomiernie rozproszeni po boisku, podobnie jak cząsteczki gazu w obudowie.
W badaniach dźwięku średnia wolna ścieżka odnosi się do średniej odległości, jaką promień dźwięku przebywa przed odbiciem od przeszkody. Obliczenia te są ważne z punktu widzenia akustyki i zależą od objętości pomieszczenia oraz całkowitej powierzchni ścian, sufitu i podłogi pomieszczenia. Badania akustyczne, choć skomplikowane, są kwantyfikowalne, ponieważ prędkość fal dźwiękowych można dokładnie zmierzyć w różnych warunkach.
Badania rozproszenia światła przez gazy lub ciecze wykorzystują obliczenia średniej rozproszenia swobodnej ścieżki. Są one definiowane jako średnia odległość przebyta przez foton przed wystąpieniem rozproszenia spowodowanego zderzeniem lub absorpcją fotonu. Obliczenia można wykorzystać do określenia takich rzeczy, jak mętność wody i stężenia różnych roztworów. Osoby pijące herbatę obserwują ścieżkę wolną od rozproszenia, aby ustalić, czy ich herbata zaparzyła się wystarczająco.