Qual é o caminho livre médio?

Um caminho livre médio é o comprimento médio que uma partícula pode percorrer em um ambiente antes de colidir, ser absorvida ou reagir com outra partícula. O termo é freqüentemente usado para discutir o comportamento dos gases, mas também tem sido aplicado nos campos do som e da luz. Pode-se calcular o caminho livre médio de um jogador em um jogo de futebol. Em uma base relativa, uma molécula de oxigênio viaja muito mais longe no ar antes de colidir do que o jogador de futebol.

Os gases são um estado ou condição da matéria na qual as moléculas são tão vagamente atraídas uma pela outra que fluem livremente e ocupam todo o volume de um recipiente. O volume de um gás é o volume do recipiente. Os gases são facilmente compactados, expandidos e misturados. Os gases geralmente são invisíveis devido à sua baixa concentração de matéria por unidade de volume ou, de maneira diferente, ao longo caminho livre médio de suas moléculas.

Em química, os cálculos do caminho livre médio são úteis no estudo do comportamento da reação gasosa. O valor do caminho é, necessariamente, o resultado de modelos, pois não há como medir ou rastrear qualquer molécula. Os cientistas analisam parâmetros observáveis ​​como volume, temperatura e pressão, bem como o tamanho das moléculas no gás e a concentração de gás para modelar o comportamento das moléculas de gás e derivar valores calculados.

As moléculas de ar, em condições padrão de 1 atmosfera (14,7 libras por polegada quadrada), 0 dec; C (32 ° F) e um diâmetro molecular declarado de 0,3 nanômetros, nm (1,2 x 10-8 polegadas), têm uma caminho livre médio calculado de 93 nm (3,6 x 10-6 polegadas). A separação molecular média é calculada a 3,3 nm (1,3 x 10-7 polegadas). Se os jogadores de futebol fossem tão ágeis quanto os átomos, seu caminho livre médio seria de cerca de 244 metros, com base em um campo de futebol americano. Obviamente, os jogadores de futebol não estão uniformemente dispersos no campo, assim como as moléculas de gás dentro de um recinto.

Em estudos sonoros, o caminho livre médio refere-se à distância média que um raio de som percorre antes de ser refletido em um obstáculo. Esse cálculo é importante em acústica e depende do volume de uma sala e da área total da superfície das paredes, teto e piso da sala. Os estudos acústicos, embora complicados, são quantificáveis, pois a velocidade das ondas sonoras pode ser medida com precisão sob uma variedade de condições.

Estudos de espalhamento de luz através de gases ou líquidos usam cálculos médios de caminho livre de espalhamento. Estes são definidos como a distância média percorrida por um fóton antes de ocorrer um evento de dispersão devido à colisão ou absorção do fóton. Os cálculos podem ser usados ​​para determinar coisas como turbidez da água e concentrações de várias soluções. Os bebedores de chá estão observando o caminho médio livre de dispersão para determinar se o chá já foi fabricado suficientemente.