Stredná voľná dráha

Stredná voľná dráha^[1] je vo fyzike priemerná hodnota všetkých voľných dráh všetkých častíc (molekúl) plynu. Voľná dráha je vzdialenosť, ktorú prejde častica medzi dvomi kolíziami s inými časticami (od jednej zrážky po druhú zrážku). Stredná voľná dráha sa používa aj pre plazmu a elektrónový plyn.

Ideálny plyn

Pri ideálnom plyne si definujeme priemer molekuly (častice) d , tepolotu plynu T , tlak p , a vypočítame strednú voľnú dráhu $\ell$ :^[1]

\ell ={\frac {k_{\text{B}}T}{{\sqrt {2}}\pi d^{2}p}}

Pri čom k_B je Boltzmannova konštanta.

Dráhu dlhšiu, ako je stredná voľná dráha, dosiahne menej ako 1/3 všetkých častíc.^[1]

Reálny plyn

Pri reálnom plyne sa molekuly nesprávajú dokonalo pružne a pôsobia medzi nimi aj príťažlivé a odpudivé sily. Preto sa výpočet robí pomocou empirických hodnôt, napr. s použitím Sutherlandovho vzorca.^[2]

Stredná voľná dráha vo vzduchu

Nasledujúca tabuľka uvádza niektoré typické hodnoty strednej voľnej dráhy pre vzduch pri rôznych tlakoch a pri izbovej teplote.

Tlak vzduchu	Tlak v mbar	Tlak vo výške ortuťového stĺpca mmHg (Torr)	Počet molekúl / cm³	Počet molekúl / m³	Stredná voľná dráha
Normálny tlak	1013	759.8	2.7 × 10¹⁹	2.7 × 10²⁵	68 nm^[3]
Nízke vákuum	300 – 1	220 – 8×10⁻¹	10¹⁹ – 10¹⁶	10²⁵ – 10²²	0.1 – 100 μm
Stredné vákuum	1 – 10⁻³	8×10⁻¹ – 8×10⁻⁴	10¹⁶ – 10¹³	10²² – 10¹⁹	0.1 – 100 mm
Vysoké vákuum	10⁻³ – 10⁻⁷	8×10⁻⁴ – 8×10⁻⁸	10¹³ – 10⁹	10¹⁹ – 10¹⁵	10 cm – 1 km
Ultravysoké vákuum	10⁻⁷ – 10⁻¹²	8×10⁻⁸ – 8×10⁻¹³	10⁹ – 10⁴	10¹⁵ – 10¹⁰	1 km – 10⁵ km
Extrémne vysoké vákuum	<10⁻¹²	<8×10⁻¹³	<10⁴	<10¹⁰	>10⁵ km

Referencie

↑ ^a ^b ^c KINETICKÁ TEÓRIA PLYNOV A TERMODYNAMIKA, BALLO, Peter. Stredná voľná dráha . kf-lin.elf.stuba.sk, . Dostupné online.
↑ Průvodce kurzy z fyziky, Střední volná dráha . physics.mff.cuni.cz, . Dostupné online.
↑ The mean free path in air. Journal of Aerosol Science, 1988, s. 159. DOI: 10.1016/0021-8502(88)90219-4.

Pozri aj

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Mean free path na anglickej Wikipédii.

Tento článok týkajúci sa fyziky je zatiaľ „výhonok“. Pomôž Wikipédii tým, že ho doplníš a rozšíriš.

Zdroj:
Text je dostupný za podmienok Creative Commons Attribution/Share-Alike License 3.0 Unported; prípadne za ďalších podmienok. Podrobnejšie informácie nájdete na stránke Podmienky použitia.

[Ballo-1] KINETICKÁ TEÓRIA PLYNOV A TERMODYNAMIKA, BALLO, Peter. Stredná voľná dráha . kf-lin.elf.stuba.sk, . Dostupné online.

[2] Průvodce kurzy z fyziky, Střední volná dráha . physics.mff.cuni.cz, . Dostupné online.

[3] The mean free path in air. Journal of Aerosol Science, 1988, s. 159. DOI: 10.1016/0021-8502(88)90219-4.

[1]

[2]

[3]