Ключевая разница – средний свободный пробег и давление
Средний свободный пробег - это среднее расстояние, пройденное движущейся молекулой при столкновении с другими молекулами. Следовательно, она измеряется единицами измерения длины. Длина свободного пробега определяется с использованием средней скорости молекулы и частоты столкновений, поскольку определение длины свободного пробега с использованием расстояний затруднено. Давление - это научный термин, который часто используется. Это перпендикулярная сила, приложенная к единице площади поверхности. Ключевое различие между средней длиной свободного пробега и давлением заключается в том, что длина свободного пробега измеряется как расстояние в метрах, тогда как давление измеряется в единицах СИ в паскалях (Па).
Что такое средний свободный пробег?
Средний свободный пробег - это среднее расстояние, пройденное движущейся частицей (атомом, молекулой или ионом) между столкновениями (последовательными ударами). Эти столкновения изменяют направление или энергию движущихся частиц. Этот термин называется средней длиной свободного пробега, поскольку он рассчитывается как среднее значение. Длину свободного пробега можно оценить с помощью кинетической теории. Кинетическая теория утверждает, что молекулы газа находятся в постоянном беспорядочном движении с частыми столкновениями друг с другом. Длина свободного пробега обозначается символом «λ». Давайте рассмотрим пример, чтобы понять, что такое средний свободный пробег.
Рисунок 1: Движение молекулы газа при столкновениях молекулы газа со стенкой сосуда.
Вычисление среднего свободного пробега
Средний свободный пробег молекулы газа на изображении выше указан ниже.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Однако этот тип расчета невозможен, потому что расстояния между каждым столкновением не могут быть легко определены. Следовательно, длина свободного пробега рассчитывается следующим образом.
λ={c} / Z
Здесь {c} - средняя скорость молекулы газа, а Z - частота столкновений. Частота столкновений - это скорость, с которой две молекулы сталкиваются друг с другом. Следовательно, оно равно 1/t (t - среднее время между столкновениями). Тогда приведенное выше уравнение можно изменить следующим образом.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Что такое давление?
Давление - это научный термин, используемый для обозначения силы, приложенной перпендикулярно к единице площади поверхности. Когда рассматривается жидкость, давление представляет собой напряжение в точке внутри жидкости. Единицей измерения давления в системе СИ является Паскаль (Па). Давление обозначается символом «Р». Тем не менее, есть несколько общих единиц, используемых для измерения давления. Пример: Н/м2 (Ньютон на квадратный метр), psi (фунт-сила на квадратный дюйм), атм (атмосфера), 1/760 атм называется одним торром.
Рисунок 2: Давление – это перпендикулярная сила, приложенная к поверхности, деленная на площадь поверхности, на которую действует сила.
Уравнение для расчета давления
Давление можно рассчитать по следующей формуле:
P=– (F/A)
Где p - давление, F - величина силы, приложенной к площади A. Существует несколько типов давления.
- Давление жидкости – сжимающая сила в точке внутри жидкости.
- Давление взрыва – давление, возникающее при воспламенении взрывоопасных газов.
- Отрицательное давление – существуют определенные условия, при которых давление становится отрицательным. Пример: когда межмолекулярные силы между молекулами жидкости превышают силы отталкивания (которые создаются за счет теплового движения).
- Давление идеального газа – давление идеального газа рассчитывается по формуле P=nRT/V (где P – давление, n – количество вещества, R – универсальная газовая постоянная, V – объем, T – температура газа).
- Давление пара – давление пара, находящегося в контакте со своей жидкой фазой в замкнутой термодинамической системе.
В чем разница между средним свободным пробегом и давлением?
Средний свободный пробег против давления |
|
| Средний свободный пробег - это среднее расстояние, пройденное движущейся частицей (атомом, молекулой или ионом) между столкновениями (последовательными ударами). | Давление - это научный термин, используемый для обозначения силы, приложенной перпендикулярно к единице площади поверхности. |
| Единица измерения | |
| Средний свободный пробег измеряется как расстояние в метрах (часто используется как микрометры – мкм). | Давление измеряется в паскалях (Па) в системе СИ. |
| Теория | |
| Средний свободный пробег - это расстояние, пройденное движущейся частицей. | Давление - это сила, приложенная к единице площади (перпендикулярно). |
Резюме – Средний свободный пробег против давления
Средний свободный пробег - это среднее расстояний, пройденных молекулой между столкновениями при движении. Давление – это сила, приложенная к единице площади поверхности в перпендикулярном направлении. Ключевое различие между средней длиной свободного пробега и давлением заключается в том, что длина свободного пробега измеряется как расстояние в метрах, тогда как давление измеряется в паскалях (Па) в системе СИ.
