Vad är den genomsnittliga fria vägen?

En genomsnittlig fri bana är den genomsnittliga längden som en partikel kan resa i en miljö innan de kolliderar, absorberas av eller reagerar med en annan partikel. Termen används ofta för att diskutera gasernas beteende men har också använts inom fältet ljud och ljus. Man kan beräkna en spelares genomsnittliga fria väg i ett fotbollsmatch. På relativ basis reser en syremolekyl mycket längre i luften innan den kolliderar än vad fotbollsspelaren gör.

Gaser är ett tillstånd eller tillstånd av materia där molekylerna dras så löst till varandra att de är fritt flödande och kommer att uppta hela behållarens volym. Volymen av en gas är volymen för behållaren. Gaserna komprimeras, expanderas och blandas lätt. Gaser är ofta osynliga på grund av deras låga koncentration av material per volymenhet, eller, på annat sätt, den långa genomsnittliga fria vägen för deras molekyler.

I kemi är beräkningar av den genomsnittliga fria vägen användbara för att studera gasreaktionsbeteende. Värdet på banan är nödvändigtvis resultatet av modeller, eftersom det inte finns något sätt att mäta eller spåra någon molekyl. Forskare tittar på observerbara parametrar som volym, temperatur och tryck samt storleken på molekylerna i gasen och gaskoncentrationen för att modellera gasmolekylens beteende och härleda beräknade värden.

Luftmolekylerna, vid standardförhållanden med 1 atmosfär (14,7 pund per kvadrat tum), 0 grader; C (32 ° F) och en angiven molekylär diameter på 0,3 nanometer, nm, (1,2 x 10-8 tum), har en beräknad medelfri väg på 93 nm (3,6 x 10-6 tum). Den genomsnittliga molekylära separationen beräknas till 3,3 nm (1,3 x 10-7 tum). Om fotbollsspelare var lika smidiga som atomer, skulle deras genomsnittliga fria bana vara cirka 244 meter, baserat på en amerikansk fotbollsplan. Naturligtvis är fotbollsspelare inte jämnt spridda över fältet liksom gasmolekyler i en inneslutning.

I ljudstudier avser medelfri väg det genomsnittliga avståndet som en ljudstråle reser innan de reflekteras från ett hinder. Denna beräkning är viktig inom akustik och beror på rumets volym och den totala ytan på rumets väggar, tak och golv. Akustiska studier är komplicerade medan de är kvantifierbara eftersom ljudvågens hastighet kan mätas exakt under olika förhållanden.

Studier av ljusspridning genom gaser eller vätskor använder spridning medelvärden för fri vägberäkning. Dessa definieras som det genomsnittliga avståndet som reses av en foton innan en spridningshändelse inträffar på grund av kollision eller absorption av foton. Beräkningarna kan användas för att bestämma saker som vattgrumlighet och koncentrationer av olika lösningar. Tedrinkare observerar spridningsfri medelväg för att avgöra om deras te har bryggt tillräckligt.