Kluczowa różnica – średnia swobodna ścieżka a ciśnienie
Średnia droga swobodna to średnia odległość przebyta przez poruszającą się cząsteczkę podczas zderzenia z innymi cząsteczkami. Stąd jest mierzony jednostkami miary długości. Średnia swobodna droga jest określana przy użyciu średniej prędkości cząsteczki i częstotliwości zderzeń, ponieważ wyznaczenie średniej wolnej drogi przy użyciu odległości jest trudne. Ciśnienie to często używany termin naukowy. Jest to prostopadła siła przyłożona do jednostki powierzchni. Kluczową różnicą między średnią swobodną drogą a ciśnieniem jest to, że średnia swobodna droga jest mierzona jako odległość w metrach, podczas gdy ciśnienie jest mierzone w jednostkach SI w paskalach (Pa).
Co to jest średnia wolna ścieżka?
Średnia droga swobodna to średnia odległość przebyta przez poruszającą się cząstkę (atom, cząsteczkę lub jon) między zderzeniami (kolejne zderzenia). Te zderzenia modyfikują kierunek lub energię poruszających się cząstek. Termin ten nazywa się średnią swobodną ścieżką, ponieważ jest obliczany jako wartość średnia. Średnią drogę swobodną można oszacować za pomocą teorii kinetycznej. Teoria kinetyczna stwierdza, że cząsteczki gazu znajdują się w ciągłym losowym ruchu z częstymi zderzeniami ze sobą. Średnia droga wolna jest oznaczona symbolem „λ”. Rozważmy przykład, aby zrozumieć, czym jest wolna ścieżka.
Rysunek 1: Ruch cząsteczki gazu ze zderzeniami między cząsteczką gazu a ścianą pojemnika.
Obliczanie średniej swobodnej ścieżki
Średnia swobodna droga cząsteczki gazu na powyższym obrazku jest podana jak poniżej.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Jednak ten rodzaj obliczeń nie jest możliwy, ponieważ odległości między kolizjami nie można łatwo określić. Stąd średnia swobodna droga jest obliczana w następujący sposób.
λ={c} / Z
Tutaj {c} to średnia prędkość cząsteczki gazu, a Z to częstotliwość zderzeń. Częstotliwość zderzeń to szybkość, z jaką zderzają się ze sobą dwie cząsteczki. W związku z tym wynosi 1/t (t jest średnim czasem między zderzeniami). Następnie powyższe równanie można uporządkować w następujący sposób.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Co to jest ciśnienie?
Ciśnienie to termin naukowy używany do nazwania siły przyłożonej prostopadle do powierzchni jednostki. Gdy rozważany jest płyn, ciśnienie jest naprężeniem w punkcie w płynie. Jednostką pomiaru ciśnienia w układzie SI jest Pascal (Pa). Ciśnienie jest oznaczone symbolem „P”. Istnieje jednak kilka typowych jednostek używanych do pomiaru ciśnienia. N/m2 (Newton na metr kwadratowy), psi (funt-siła na cal kwadratowy), atm (atmosfera), 1/760 atm jest określany jako jeden tor.
Rysunek 2: Nacisk to prostopadła siła przyłożona do powierzchni podzielona przez powierzchnię, na którą wywierana jest siła.
Równanie do obliczania ciśnienia
Ciśnienie można obliczyć za pomocą następującego równania:
P=– (F/A)
Gdzie p jest ciśnieniem, F jest wielkością siły działającej na obszar A. Istnieje kilka rodzajów nacisku.
- Ciśnienie płynu – siła ściskająca punkt w płynie.
- Ciśnienie wybuchu – ciśnienie powstałe w wyniku zapłonu gazów wybuchowych.
- Podciśnienie – w pewnych warunkach ciśnienie staje się ujemne. Np.: gdy siły międzycząsteczkowe między cząsteczkami płynu przekraczają siły odpychania (które powstają w wyniku ruchu termicznego).
- Ciśnienie gazu doskonałego – ciśnienie gazu doskonałego oblicza się za pomocą P=nRT/V (gdzie P to ciśnienie, n to ilość substancji, R to uniwersalna stała gazu, V to objętość, a T to temperatura gazu).
- Ciśnienie pary – ciśnienie pary, która styka się z jej fazą ciekłą w zamkniętym układzie termodynamicznym.
Jaka jest różnica między średnią swobodną ścieżką a ciśnieniem?
Średnia droga wolna a ciśnienie |
|
| Średnia droga swobodna to średnia odległość przebyta przez poruszającą się cząsteczkę (atom, cząsteczkę lub jon) między zderzeniami (kolejnymi uderzeniami). | Ciśnienie to termin naukowy używany do nazwania siły przyłożonej prostopadle do powierzchni jednostki. |
| Jednostka miary | |
| Średnia droga swobodna jest mierzona jako odległość w metrach (często używana jako mikrometry – μm). | Ciśnienie jest mierzone w jednostkach SI paskalach (Pa). |
| Teoria | |
| Średnia droga swobodna to odległość przebyta przez poruszającą się cząstkę. | Nacisk to siła przyłożona do jednostki powierzchni (prostopadle). |
Podsumowanie – Średnia swobodna droga a ciśnienie
Średnia droga swobodna to średnia odległości przebytych przez cząsteczkę między zderzeniami podczas ruchu. Nacisk to siła przyłożona prostopadle do powierzchni jednostki. Kluczową różnicą między średnią swobodną drogą a ciśnieniem jest to, że średnia swobodna droga jest mierzona jako odległość w metrach, podczas gdy ciśnienie jest mierzone w jednostkach układu SI w paskalach (Pa).
