Vad är den genomsnittliga fria vägen?

En genomsnittlig fri väg 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 beteendet hos gaser men har också applicerats i fälten för ljud och ljus. Man kan beräkna den genomsnittliga fria vägen för en spelare i en fotbollsmatch. På relativ basis reser en molekyl av syre mycket längre i luften innan de kolliderar än fotbollsspelaren.

gaser är ett tillstånd eller tillstånd av materia där molekylerna är så löst lockade till varandra att de är fria flödande och kommer att ockupera hela den behållarens volym. Volymen på en gas är behållarens volym. Gaser komprimeras lätt, utvidgas och blandas. Gaser är ofta osynliga på grund av deras låga koncentration av materia per enhetsvolym, eller, anges annorlunda, den långa genomsnittliga fria vägen för deras molekyler.

I kemi är beräkningar av den genomsnittliga fria vägen användbara för att studera gasreaktionen varahavior. 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 såsom volym, temperatur och tryck samt storleken på molekylerna i gasen och gaskoncentrationen för att modellera gaskylmolekylbeteende och härleder beräknade värden.

Molekylerna i luft, vid standardförhållanden på 1 atmosfär (14,7 pund per kvadrat tum), 0deg; C (32 ° F) och en angiven molekyldiameter på 0,3 nanometer, nm, (1,2 x 10-8 tum), har en beräknad medelfri väg på 93 nm (3,6 x 10 tum). Den genomsnittliga molekylseparationen beräknas vid 3,3 nm (1,3 x10-7 tum). Om fotbollsspelare var lika smidiga som atomer, skulle deras genomsnittliga fria väg vara cirka 244 meter), baserat på en amerikansk fotbollsplan. Naturligtvis är fotbollsspelare inte jämnt spridda om fältet liksom gasmolekyler wmed en kapsling.

I ljudstudier hänvisar medelfri väg till det genomsnittliga avståndet som en stråle av ljud reser innan de reflekteras bort från ett hinder. Denna beräkning är viktig i akustik och beror på volymen på ett rum och den totala ytan på rumets väggar, tak och golv. Akustiska studier, medan de är komplicerade, är kvantifierbara, eftersom hastigheten för ljudvågor kan mätas exakt under olika förhållanden.

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