Kulcs különbség – átlagos szabad út vs nyomás
Az átlagos szabad út az az átlagos távolság, amelyet egy mozgó molekula megtesz, miközben más molekulákkal ütközik. Ezért a hossz mértékegységeivel mérik. Az átlagos szabad utat a molekula átlagos sebességével, az ütközési gyakoriságot pedig a távolságok alapján nehéz meghatározni. A nyomás egy tudományos kifejezés, amelyet gyakran használnak. Ez az egységnyi felületre kifejtett merőleges erő. A fő különbség az átlagos szabad út és a nyomás között az, hogy az átlagos szabad utat távolságként mérik méterben, míg a nyomást a Pascals (Pa) SI-egység méri.
Mi az az átlagos szabad útvonal?
Az átlagos szabad út az az átlagos távolság, amelyet egy mozgó részecske (atom, molekula vagy ion) megtesz az ütközések (az egymást követő ütközések) között. Ezek az ütközések módosítják a mozgó részecskék irányát vagy energiáját. Ezt a kifejezést átlagos szabad útnak nevezik, mert átlagértékként számítják ki. Az átlagos szabad út kinetikai elmélettel becsülhető meg. A kinetikai elmélet szerint a gázmolekulák állandó véletlenszerű mozgásban vannak, és gyakran ütköznek egymással. Az átlagos szabad utat a „λ” szimbólum jelöli. Tekintsünk egy példát, hogy megértsük, mi az átlagos szabad út.
1. ábra: Gázmolekula mozgása ütközésekkel a gázmolekula és a tartály fala között.
Átlagos szabad útvonal számítása
A gázmolekula átlagos szabad útja a fenti képen az alábbiak szerint van megadva.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Ez a fajta számítás azonban nem lehetséges, mert az egyes ütközések közötti távolságot nem lehet könnyen meghatározni. Ezért az átlagos szabad útvonalat a következőképpen számítjuk ki.
λ={c} / Z
Itt {c} a gázmolekula átlagos sebessége, Z pedig az ütközési gyakoriság. Az ütközési gyakoriság az a sebesség, amellyel két molekula ütközik egymással. Ezért egyenlő 1/t-val (t az ütközések közötti átlagos idő). Ekkor a fenti egyenlet a következőképpen rendezhető át.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Mi a nyomás?
A nyomás egy tudományos kifejezés, amelyet az egységnyi felületre merőlegesen kifejtett erő megnevezésére használnak. Ha egy folyadékot vesszük figyelembe, a nyomás a feszültség a folyadékon belül egy ponton. A nyomás mérésének SI mértékegysége Pascal (Pa). A nyomást a „P” szimbólum jelöli. A nyomás mérésére azonban számos általános mértékegységet használnak. Pl.: N/m2 (Newton per négyzetméter), psi (a font-erő négyzethüvelykenként), atm (atmoszféra), az atm 1/760-a egy torrként van elnevezve.
2. ábra: A nyomás a felületre kifejtett merőleges erő osztva azzal a felülettel, amelyre az erő hat.
Egyenlet a nyomás kiszámításához
A nyomás a következő egyenlettel számítható ki:
P=– (F/A)
Ahol p a nyomás, F az A területre ható erő nagysága. Többféle nyomás létezik.
- Folyadéknyomás – a folyadék egy pontjára ható nyomóerő.
- Robbanási nyomás – a robbanásveszélyes gázok gyulladásából származó nyomás.
- Negatív nyomás – bizonyos körülmények között a nyomás negatívvá válik. Pl.: amikor a folyadékmolekulák közötti intermolekuláris erők meghaladják a taszító erőket (ami a hőmozgás következtében jön létre).
- Egy ideális gáz nyomása – az ideális gáz nyomását P=nRT/V segítségével számítjuk ki (melyben P a nyomás, n az anyag mennyisége, R az univerzális gázállandó, V a térfogat és T a gáz hőmérséklete).
- Gőznyomás – a gőz nyomása, amely zárt termodinamikai rendszerben érintkezik folyékony fázisával.
Mi a különbség az átlagos szabad út és a nyomás között?
Átlagos szabad útvonal vs nyomás |
|
| Az átlagos szabad út az az átlagos távolság, amelyet egy mozgó részecske (atom, molekula vagy ion) megtesz az ütközések (az egymást követő ütközések) között. | A nyomás egy tudományos kifejezés az egységnyi felületre merőlegesen kifejtett erő megnevezésére. |
| Mértékegység | |
| Az átlagos szabad utat a távolság méterben méri (gyakran mikrométerként használják – μm). | A nyomást a Pascals (Pa) SI-egység méri. |
| Elmélet | |
| Az átlagos szabad út a mozgó részecske által megtett távolság. | A nyomás az egységnyi területre (merőlegesen) kifejtett erő. |
Összefoglaló – Átlagos szabad út vs nyomás
Az átlagos szabad út a molekula által megtett távolságok átlaga a mozgás közbeni ütközések között. A nyomás az egységnyi felületre merőleges irányban kifejtett erő. A fő különbség az átlagos szabad út és a nyomás között az, hogy az átlagos szabad utat távolságként mérik méterben, míg a nyomást a Pascals (Pa) SI mértékegységben mérik.
