Stredná voľná dráha

Voľná dráha modrej častice je vzdialenosť od zrážky s prvou čiernou časticou po najbližšiu zrážku s druhou časticou.

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 [m], tepolotu plynu T [K], tlak p [Pa], a vypočítame strednú voľnú dráhu ${\displaystyle \ell }$ [m]:^[1]

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

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 / cm^3	Počet molekúl / m^3	Stredná voľná dráha
Normálny tlak	1013	759.8	2.7 × 10^19	2.7 × 10^25	68 nm[3]
Nízke vákuum	300 – 1	220 – 8×10^−1	10^19 – 10^16	10^25 – 10^22	0.1 – 100 μm
Stredné vákuum	1 – 10^−3	8×10^−1 – 8×10^−4	10^16 – 10^13	10^22 – 10^19	0.1 – 100 mm
Vysoké vákuum	10^−3 – 10^−7	8×10^−4 – 8×10^−8	10^13 – 10^9	10^19 – 10^15	10 cm – 1 km
Ultravysoké vákuum	10^−7 – 10^−12	8×10^−8 – 8×10^−13	10^9 – 10^4	10^15 – 10^10	1 km – 10^5 km
Extrémne vysoké vákuum	<10^−12	<8×10^−13	<10^4	<10^10	>10^5 km

Referencie

1. KINETICKÁ TEÓRIA PLYNOV A TERMODYNAMIKA, BALLO, Peter. Stredná voľná dráha [online]. kf-lin.elf.stuba.sk, [cit. 2021-10-27]. Dostupné online.
2. Průvodce kurzy z fyziky, Střední volná dráha [online]. physics.mff.cuni.cz, [cit. 2021-10-27]. Dostupné online.
3. The mean free path in air. Journal of Aerosol Science, 1988, s. 159. DOI: 10.1016/0021-8502(88)90219-4.

Pozri aj

• Stredná kvadratická rýchlosť
• Kvadratický priemer
• Maxwellovo-Boltzmanovo rozdelenie
• Molekulová fyzika
• Vákuum

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