Kas ir vidējais brīvais ceļš?

Gāzes ir vielas stāvoklis vai stāvoklis, kurā molekulas ir tik vāji piesaistītas viena otrai, ka tās plūst brīvi un aizņems visu tvertnes tilpumu. Gāzes tilpums ir tvertnes tilpums. Gāzes viegli saspiež, izplešas un sajaucas. Gāzes bieži vien ir neredzamas to zemās vielas koncentrācijas tilpuma vienībā vai, citādi sakot, molekulu garā vidējā brīvā ceļa dēļ.

Ķīmijā vidējā brīvā ceļa aprēķini ir noderīgi, pētot gāzes reakcijas uzvedību. Ceļa vērtība noteikti ir modeļu rezultāts, jo nav iespējams izmērīt vai izsekot nevienu molekulu. Zinātnieki aplūko novērojamos parametrus, piemēram, tilpumu, temperatūru un spiedienu, kā arī molekulu lielumu gāzē un gāzes koncentrāciju, lai modelētu gāzes molekulu uzvedību un iegūtu aprēķinātās vērtības.

Gaisa molekulām standarta apstākļos 1 atmosfēra (6,67 kg uz kvadrātcollu), 0°C (32°F) un noteiktais molekulārais diametrs 0.3 nanometri, nm (1.2 x 10-20,3 cm) ir aprēķinātais vidējais brīvais ceļš 93 nm (3.6 x 10-15,2 cm). Vidējo molekulāro atdalīšanu aprēķina pie 3.3 nm (1.3 x 10-17,8 cm). Ja futbolisti būtu veikli kā atomi, viņu vidējais brīvais ceļš būtu aptuveni 244 m, pamatojoties uz amerikāņu futbola laukumu. Protams, futbolisti nav vienmērīgi izkliedēti laukumā, tāpat kā gāzes molekulas iežogojumā.

Skaņas pētījumos vidējais brīvais ceļš attiecas uz vidējo attālumu, ko skaņas stars veic, pirms tas atstarojas no šķēršļa. Šis aprēķins ir svarīgs akustikā un ir atkarīgs no telpas tilpuma un telpas sienu, griestu un grīdas kopējās virsmas. Lai arī akustiskie pētījumi ir sarežģīti, tie ir kvantitatīvi nosakāmi, jo skaņas viļņu ātrumu var precīzi izmērīt dažādos apstākļos.

Pētījumos par gaismas izkliedi caur gāzēm vai šķidrumiem tiek izmantoti izkliedes vidējā brīvā ceļa aprēķini. Tos definē kā vidējo attālumu, ko fotons nobrauc, pirms notiek izkliedes notikums fotona sadursmes vai absorbcijas dēļ. Ar aprēķiniem var noteikt tādas lietas kā ūdens duļķainība un dažādu šķīdumu koncentrācijas. Tējas dzērāji novēro izkliedētu vidējo ceļu, lai noteiktu, vai viņu tēja ir pietiekami pagatavota.