Klíčový rozdíl – průměrná volná cesta versus tlak
Střední volná dráha je průměrná vzdálenost, kterou urazí pohybující se molekula při srážce s jinými molekulami. Proto se měří jednotkami měření délky. Střední volná dráha je určena pomocí průměrné rychlosti molekuly a frekvence srážek, protože určení střední volné dráhy pomocí vzdáleností je obtížné. Tlak je vědecký termín, který se často používá. Je to kolmá síla působící na jednotkovou plochu. Klíčový rozdíl mezi střední volnou dráhou a tlakem je ten, že střední volná dráha se měří jako vzdálenost v metrech, zatímco tlak se měří jednotkou SI Pascals (Pa).
Co je střední volná cesta?
Střední volná dráha je průměrná vzdálenost, kterou urazí pohybující se částice (atom, molekula nebo iont) mezi srážkami (po sobě jdoucími nárazy). Tyto srážky mění směr nebo energii pohybujících se částic. Tento termín se nazývá střední volná cesta, protože se počítá jako průměrná hodnota. Střední volná dráha může být odhadnuta pomocí kinetické teorie. Kinetická teorie tvrdí, že molekuly plynu jsou v neustálém náhodném pohybu s častými vzájemnými srážkami. Střední volná dráha je označena symbolem „λ“. Podívejme se na příklad, abychom pochopili, co znamená volná cesta.
Obrázek 1: Pohyb molekuly plynu se srážkami mezi molekulou plynu a stěnou nádoby.
Výpočet střední bezplatné trasy
Střední volná dráha molekuly plynu na obrázku nahoře je uvedena níže.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Tento typ výpočtu však není možný, protože vzdálenosti mezi jednotlivými kolizemi nelze snadno určit. Průměrná volná cesta se tedy vypočítá následovně.
λ={c} / Z
Zde {c} je průměrná rychlost molekuly plynu a Z je frekvence srážek. Srážková frekvence je rychlost, s jakou se dvě molekuly vzájemně srážejí. Proto se rovná 1/t (t je průměrná doba mezi srážkami). Potom lze výše uvedenou rovnici přeskupit následovně.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Co je tlak?
Tlak je vědecký termín používaný k pojmenování síly působící kolmo na jednotku povrchu. Když uvažujeme tekutinu, tlak je napětí v bodě uvnitř tekutiny. Jednotkou SI pro měření tlaku je Pascal (Pa). Tlak je označen symbolem „P“. Existuje však několik běžných jednotek používaných k měření tlaku. Příklad: N/m2 (Newton na metr čtvereční), psi (síla libry na palec čtvereční), atm (atmosféra), 1/760 atm je pojmenována jako jeden torr.
Obrázek 2: Tlak je kolmá síla působící na povrch dělená plochou, na kterou síla působí.
Rovnice pro výpočet tlaku
Tlak lze vypočítat pomocí následující rovnice:
P=– (F/A)
Kde p je tlak, F je velikost síly působící na plochu A. Existuje několik typů tlaku.
- Tlak tekutiny – tlaková síla působící na bod v tekutině.
- Výbušný tlak – tlak vzniklý vznícení výbušných plynů.
- Negativní tlak – existují určité podmínky, kdy se tlak stává záporným. Př.: když mezimolekulární síly mezi molekulami tekutiny převyšují odpudivé síly (které vznikají v důsledku tepelného pohybu).
- Tlak ideálního plynu – tlak ideálního plynu se vypočítá pomocí P=nRT/V (ve kterém P je tlak, n je látkové množství, R je univerzální plynová konstanta, V je objem a T je teplota plynu).
- Tlak páry – tlak páry, která je v kontaktu s kapalnou fází v uzavřeném termodynamickém systému.
Jaký je rozdíl mezi střední volnou cestou a tlakem?
Střední volná cesta versus tlak |
|
| Střední volná dráha je průměrná vzdálenost, kterou urazí pohybující se částice (atom, molekula nebo iont) mezi srážkami (po sobě jdoucími nárazy). | Tlak je vědecký termín používaný k pojmenování síly působící kolmo na jednotku povrchu. |
| Jednotka měření | |
| Střední volná dráha se měří jako vzdálenost v metrech (často se používá jako mikrometry – μm). | Tlak se měří v jednotce SI Pascal (Pa). |
| Teorie | |
| Střední volná dráha je vzdálenost, kterou urazí pohybující se částice. | Tlak je síla působící na jednotkovou plochu (kolmo). |
Shrnutí – střední volná cesta versus tlak
Střední volná dráha je průměr vzdáleností, které molekula urazí mezi srážkami během pohybu. Tlak je síla působící na jednotkovou plochu v kolmém směru. Klíčový rozdíl mezi střední volnou dráhou a tlakem je ten, že střední volná dráha se měří jako vzdálenost v metrech, zatímco tlak se měří v jednotce SI Pascal (Pa).
