nyckelskillnad – medelfri väg vs tryck
Medelfri väg är den genomsnittliga sträckan som en rörlig molekyl tillryggalagt när den kolliderar med andra molekyler. Därför mäts det med måttenheter för längd. Den fria medelvägen bestäms med hjälp av medelhastigheten för en molekyl, och kollisionsfrekvensen eftersom det är svårt att bestämma den fria medelvägen med avstånden. Tryck är en vetenskaplig term som ofta används. Det är den vinkelräta kraften som appliceras på en enhetsyta. Den viktigaste skillnaden mellan medelfri väg och tryck är att medelfri väg mäts som ett avstånd i meter medan tryck mäts av SI-enheten Pascals (Pa).
Vad är Mean Free Path?
Den genomsnittliga fria vägen är det genomsnittliga avståndet som en rörlig partikel (en atom, molekyl eller jon) tillryggalagt mellan kollisioner (på varandra följande nedslag). Dessa kollisioner ändrar riktningen eller energin hos rörliga partiklar. Denna term kallas medelfri väg eftersom den beräknas som ett medelvärde. Den genomsnittliga fria vägen kan uppskattas med hjälp av kinetisk teori. Den kinetiska teorin säger att gasmolekyler är i konstant slumpmässig rörelse med frekventa kollisioner med varandra. Den genomsnittliga fria vägen betecknas med symbolen "λ". Låt oss överväga ett exempel för att förstå vad medelfri väg är.
Figur 1: Rörelse av en gasmolekyl med kollisioner mellan gasmolekylen och behållarens vägg.
Beräkning av medelfri väg
Den fria medelvägen för gasmolekylen i bilden ovan ges enligt nedan.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Denna typ av beräkning är dock inte möjlig eftersom avstånden mellan varje kollision inte enkelt kan fastställas. Den genomsnittliga fria vägen beräknas därför enligt följande.
λ={c} / Z
Här är {c} medelhastigheten för en gasmolekyl och Z är kollisionsfrekvensen. Kollisionsfrekvensen är den hastighet med vilken två molekyler kolliderar med varandra. Därför är det lika med 1/t (t är medeltiden mellan kollisioner). Sedan kan ovanstående ekvation omarrangeras enligt följande.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Vad är tryck?
Tryck är en vetenskaplig term som används för att benämna kraften som appliceras vinkelrätt mot en enhetsyta. När en vätska betraktas är trycket spänningen vid en punkt i en vätska. SI-enheten för att mäta trycket är Pascal (Pa). Trycket betecknas med symbolen "P". Det finns dock flera vanliga enheter som används för att mäta trycket. Ex: N/m2 (Newton per kvadratmeter), psi (pundkraften per kvadrattum), atm (atmosfär), 1/760 av atm benämns en torr.
Figur 2: Tryck är den vinkelräta kraft som appliceras på en yta dividerad med ytan som kraften utövas på.
Ekvation för beräkning av tryck
Trycket kan beräknas med följande ekvation:
P=– (F/A)
Där p är trycket, F är storleken på kraften som tillämpas på ett område av A. Det finns flera typer av tryck.
- Flödestryck – tryckkraften på en punkt i en vätska.
- Explosionstryck – trycket till följd av antändning av explosiva gaser.
- Negativt tryck – det finns vissa förhållanden där trycket blir negativt. Ex: när de intermolekylära krafterna mellan vätskemolekyler överstiger de repulsiva krafterna (som skapas på grund av termisk rörelse).
- Tryck av en idealgas – trycket för en idealgas beräknas med P=nRT/V (där P är trycket, n är mängden ämne, R är den universella gaskonstanten, V är volym och T är gasens temperatur).
- Ångtryck – trycket från ånga som är i kontakt med dess flytande fas i ett slutet termodynamiskt system.
Vad är skillnaden mellan medelfri väg och tryck?
Mean Free Path vs Pressure |
|
| Medelfri väg är det genomsnittliga avståndet som en rörlig partikel (en atom, molekyl eller jon) tillryggalagt mellan kollisioner (på varandra följande sammanstötningar). | Tryck är en vetenskaplig term som används för att benämna kraften som appliceras vinkelrätt mot en enhetsyta. |
| Måttenhet | |
| Medelfri väg mäts som ett avstånd i meter (används ofta som mikrometer – μm). | Tryck mäts med SI-enheten Pascals (Pa). |
| Theory | |
| Medelfri väg är den sträcka som en rörlig partikel tillryggaläggs. | Tryck är kraften som appliceras på en enhetsyta (vinkelrätt). |
Sammanfattning – medelfri väg vs tryck
Mean free path är medelvärdet av avstånd som en molekyl tillryggalagt mellan kollisioner under rörelse. Tryck är den kraft som appliceras på en enhetsyta i vinkelrät riktning. Den viktigaste skillnaden mellan medelfri väg och tryck är att medelfri väg mäts som ett avstånd i meter medan tryck mäts av SI-enheten Pascals (Pa).
