Βασική διαφορά – Μέση ελεύθερη διαδρομή έναντι πίεσης
Μέση ελεύθερη διαδρομή είναι η μέση απόσταση που διανύει ένα κινούμενο μόριο ενώ συγκρούεται με άλλα μόρια. Ως εκ τούτου, μετριέται με μονάδες μέτρησης μήκους. Η μέση ελεύθερη διαδρομή προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τη μέση ταχύτητα ενός μορίου και η συχνότητα σύγκρουσης αφού ο προσδιορισμός της μέσης ελεύθερης διαδρομής χρησιμοποιώντας τις αποστάσεις είναι δύσκολος. Η πίεση είναι ένας επιστημονικός όρος που χρησιμοποιείται συχνά. Είναι η κάθετη δύναμη που εφαρμόζεται σε μια μονάδα επιφάνειας. Η βασική διαφορά μεταξύ της μέσης ελεύθερης διαδρομής και της πίεσης είναι ότι η μέση ελεύθερη διαδρομή μετριέται ως απόσταση σε μέτρα ενώ η πίεση μετράται από τη μονάδα SI Pascals (Pa).
Τι είναι το Mean Free Path;
Η μέση ελεύθερη διαδρομή είναι η μέση απόσταση που διανύει ένα κινούμενο σωματίδιο (άτομο, μόριο ή ιόν) μεταξύ των συγκρούσεων (διαδοχικές κρούσεις). Αυτές οι συγκρούσεις τροποποιούν την κατεύθυνση ή την ενέργεια των κινούμενων σωματιδίων. Αυτός ο όρος ονομάζεται μέση ελεύθερη διαδρομή επειδή υπολογίζεται ως μέση τιμή. Η μέση ελεύθερη διαδρομή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας κινητική θεωρία. Η κινητική θεωρία δηλώνει ότι τα μόρια αερίου βρίσκονται σε συνεχή τυχαία κίνηση με συχνές συγκρούσεις μεταξύ τους. Η μέση ελεύθερη διαδρομή συμβολίζεται με το σύμβολο «λ». Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα για να καταλάβουμε τι σημαίνει ελεύθερη διαδρομή.
Εικόνα 1: Κίνηση μορίου αερίου με συγκρούσεις μεταξύ του μορίου αερίου και του τοιχώματος του δοχείου.
Υπολογισμός μέσης δωρεάν διαδρομής
Η μέση ελεύθερη διαδρομή του μορίου αερίου στην παραπάνω εικόνα δίνεται ως παρακάτω.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Ωστόσο, αυτός ο τύπος υπολογισμού δεν είναι δυνατός επειδή οι αποστάσεις μεταξύ κάθε σύγκρουσης δεν μπορούν να προσδιοριστούν εύκολα. Επομένως, η μέση ελεύθερη διαδρομή υπολογίζεται ως εξής.
λ={c} / Z
Εδώ, {c} είναι η μέση ταχύτητα ενός μορίου αερίου και Z είναι η συχνότητα σύγκρουσης. Η συχνότητα σύγκρουσης είναι ο ρυθμός με τον οποίο δύο μόρια συγκρούονται μεταξύ τους. Επομένως, είναι ίσο με 1/t (t είναι ο μέσος χρόνος μεταξύ των συγκρούσεων). Τότε η παραπάνω εξίσωση μπορεί να αναδιαταχθεί ως εξής.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Τι είναι η πίεση;
Πίεση είναι ένας επιστημονικός όρος που χρησιμοποιείται για να ονομάσει τη δύναμη που ασκείται κάθετα σε μια μονάδα επιφάνειας. Όταν λαμβάνεται υπόψη ένα ρευστό, η πίεση είναι η τάση σε ένα σημείο μέσα σε ένα ρευστό. Η μονάδα SI για τη μέτρηση της πίεσης είναι Pascal (Pa). Η πίεση συμβολίζεται με το σύμβολο "P". Ωστόσο, υπάρχουν μερικές κοινές μονάδες που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της πίεσης. Π.χ.: N/m2 (Newton ανά τετραγωνικό μέτρο), psi (η λίβρα δύναμης ανά τετραγωνική ίντσα), atm (ατμόσφαιρα), 1/760 της atm ονομάζεται ένα torr.
Εικόνα 2: Πίεση είναι η κάθετη δύναμη που εφαρμόζεται σε μια επιφάνεια διαιρούμενη με την επιφάνεια στην οποία ασκείται η δύναμη.
Εξίσωση για τον υπολογισμό της πίεσης
Η πίεση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:
P=– (F/A)
Όπου p είναι η πίεση, F είναι το μέγεθος της δύναμης που εφαρμόζεται σε μια περιοχή του Α. Υπάρχουν διάφοροι τύποι πίεσης.
- Πίεση ρευστού – η δύναμη συμπίεσης σε ένα σημείο μέσα σε ένα ρευστό.
- Πίεση έκρηξης – η πίεση που προκύπτει από την ανάφλεξη εκρηκτικών αερίων.
- Αρνητική πίεση – υπάρχουν ορισμένες συνθήκες όπου η πίεση γίνεται αρνητική. Π.χ.: όταν οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ μορίων ρευστού υπερβαίνουν τις απωστικές δυνάμεις (που δημιουργούνται λόγω θερμικής κίνησης).
- Πίεση ενός ιδανικού αερίου – η πίεση ενός ιδανικού αερίου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας P=nRT/V (στο οποίο P είναι η πίεση, n είναι η ποσότητα της ουσίας, R είναι η καθολική σταθερά αερίου, V είναι η όγκος και T είναι η θερμοκρασία του αερίου).
- Πίεση ατμών – η πίεση του ατμού που βρίσκεται σε επαφή με την υγρή του φάση σε ένα κλειστό θερμοδυναμικό σύστημα.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της μέσης ελεύθερης διαδρομής και της πίεσης;
Μέση ελεύθερη διαδρομή έναντι πίεσης |
|
| Μέση ελεύθερη διαδρομή είναι η μέση απόσταση που διανύει ένα κινούμενο σωματίδιο (άτομο, μόριο ή ιόν) μεταξύ των συγκρούσεων (διαδοχικές κρούσεις). | Πίεση είναι ένας επιστημονικός όρος που χρησιμοποιείται για να ονομάσει τη δύναμη που εφαρμόζεται κάθετα σε μια μονάδα επιφάνειας. |
| Μονάδα μέτρησης | |
| Η μέση ελεύθερη διαδρομή μετριέται ως απόσταση σε μέτρα (συχνά χρησιμοποιείται ως μικρόμετρα – μm). | Η πίεση μετριέται από τη μονάδα SI Pascals (Pa). |
| Θεωρία | |
| Μέση ελεύθερη διαδρομή είναι η απόσταση που διανύει ένα κινούμενο σωματίδιο. | Πίεση είναι η δύναμη που εφαρμόζεται σε μια μονάδα επιφάνειας (κάθετα). |
Σύνοψη – Μέση ελεύθερη διαδρομή έναντι πίεσης
Μέση ελεύθερη διαδρομή είναι ο μέσος όρος των αποστάσεων που διανύει ένα μόριο μεταξύ των συγκρούσεων κατά τη διάρκεια της κίνησης. Πίεση είναι η δύναμη που εφαρμόζεται σε μια μοναδιαία επιφάνεια σε μια κάθετη διεύθυνση. Η βασική διαφορά μεταξύ της μέσης ελεύθερης διαδρομής και της πίεσης είναι ότι η μέση ελεύθερη διαδρομή μετριέται ως απόσταση σε μέτρα ενώ η πίεση μετριέται από τη μονάδα SI Pascals (Pa).
