ความแตกต่างที่สำคัญ – เส้นทางฟรีเฉลี่ยเทียบกับความกดดัน
เส้นทางอิสระเฉลี่ยคือระยะทางเฉลี่ยที่เคลื่อนที่โดยโมเลกุลเคลื่อนที่ในขณะที่ชนกับโมเลกุลอื่น ดังนั้นจึงวัดด้วยหน่วยวัดความยาว เส้นทางอิสระเฉลี่ยถูกกำหนดโดยใช้ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุล และความถี่การชนเนื่องจากการหาเส้นทางอิสระเฉลี่ยโดยใช้ระยะทางนั้นทำได้ยาก ความดันเป็นศัพท์วิทยาศาสตร์ที่มักใช้ เป็นแรงตั้งฉากที่กระทำต่อพื้นที่ผิวหนึ่งหน่วย ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเส้นทางอิสระเฉลี่ยและแรงดันคือ เส้นทางอิสระเฉลี่ยถูกวัดเป็นระยะทางเป็นเมตร ในขณะที่แรงดันวัดโดยหน่วย SI ปาสกาล (Pa)
เส้นทางฟรีเฉลี่ยคืออะไร
เส้นทางอิสระเฉลี่ยคือระยะทางเฉลี่ยที่อนุภาคเคลื่อนที่ (อะตอม โมเลกุล หรือไอออน) เคลื่อนที่ระหว่างการชนกัน (กระทบต่อเนื่อง) การชนกันเหล่านี้จะปรับเปลี่ยนทิศทางหรือพลังงานของอนุภาคที่เคลื่อนที่ คำนี้เรียกว่าเส้นทางว่างเฉลี่ยเพราะคำนวณเป็นค่าเฉลี่ย เส้นทางอิสระเฉลี่ยสามารถประมาณได้โดยใช้ทฤษฎีจลนศาสตร์ ทฤษฎีจลนศาสตร์ระบุว่าโมเลกุลของก๊าซมีการเคลื่อนที่แบบสุ่มอย่างต่อเนื่องโดยมีการชนกันบ่อยครั้ง เส้นทางอิสระเฉลี่ยแสดงด้วยสัญลักษณ์ “λ” ให้เราพิจารณาตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจว่าเส้นทางฟรีหมายความว่าอย่างไร
รูปที่ 1: การเคลื่อนที่ของโมเลกุลก๊าซที่มีการชนกันระหว่างโมเลกุลของก๊าซกับผนังของภาชนะ
คำนวณเส้นทางฟรีเฉลี่ย
เส้นทางอิสระเฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซในภาพด้านบนมีดังต่อไปนี้
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
อย่างไรก็ตาม การคำนวณประเภทนี้เป็นไปไม่ได้เพราะไม่สามารถระบุระยะห่างระหว่างการชนแต่ละครั้งได้ง่าย ดังนั้น ค่าเฉลี่ยเส้นทางฟรีจะถูกคำนวณดังนี้
λ={c} / Z
ในที่นี้ {c} คือความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของแก๊ส และ Z คือความถี่ของการชน ความถี่การชนกันคืออัตราที่โมเลกุลสองโมเลกุลชนกัน ดังนั้นจึงเท่ากับ 1/t (t คือเวลาเฉลี่ยระหว่างการชน) จากนั้นสมการข้างต้นสามารถจัดเรียงใหม่ได้ดังนี้
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
แรงกดดันคืออะไร
ความดันเป็นศัพท์วิทยาศาสตร์ที่ใช้เรียกแรงที่ใช้ตั้งฉากกับพื้นที่ผิวของหน่วย เมื่อพิจารณาของไหล ความดันคือความเค้นที่จุดภายในของไหล หน่วย SI ของการวัดความดันคือ Pascal (Pa)ความดันแสดงด้วยสัญลักษณ์ "P" อย่างไรก็ตาม มีหน่วยทั่วไปหลายหน่วยที่ใช้วัดความดัน ตัวอย่าง: N/m2 (นิวตันต่อตารางเมตร), psi (แรงปอนด์ต่อตารางนิ้ว), atm (บรรยากาศ), 1/760 ของ atm ถูกตั้งชื่อเป็นหนึ่งทอร์
รูปที่ 2: แรงกดคือแรงตั้งฉากที่กระทำบนพื้นผิวหารด้วยพื้นที่ผิวที่แรงกระทำ
สมการการคำนวณแรงดัน
ความดันสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการต่อไปนี้:
P=– (F/A)
โดยที่ p คือความดัน F คือขนาดของแรงที่ใช้กับพื้นที่ A ความดันมีหลายประเภท
- ความดันของไหล – แรงอัดบนจุดภายในของไหล
- ความดันการระเบิด – แรงดันที่เกิดจากการจุดไฟของก๊าซที่ระเบิดได้
- ความดันเชิงลบ – มีเงื่อนไขบางประการที่ความดันกลายเป็นลบ ตัวอย่าง: เมื่อแรงระหว่างโมเลกุลระหว่างโมเลกุลของของไหลเกินแรงผลัก (ซึ่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน)
- ความดันของก๊าซในอุดมคติ – ความดันของก๊าซในอุดมคติคำนวณโดยใช้ P=nRT/V (โดยที่ P คือความดัน n คือปริมาณของสาร R คือค่าคงที่แก๊สสากล V คือ ปริมาตรและ T คืออุณหภูมิของแก๊ส)
- ความดันไอ – ความดันของไอที่สัมผัสกับเฟสของเหลวในระบบเทอร์โมไดนามิกแบบปิด
ความแตกต่างระหว่างเส้นทางอิสระและความกดดันคืออะไร
เส้นทางอิสระเฉลี่ยเทียบกับความกดดัน |
|
| เส้นทางอิสระเฉลี่ยคือระยะทางเฉลี่ยที่เดินทางโดยอนุภาคเคลื่อนที่ (อะตอม โมเลกุล หรือไอออน) ระหว่างการชนกัน (กระทบต่อเนื่อง) | ความดันเป็นศัพท์วิทยาศาสตร์ที่ใช้เรียกแรงที่ใช้ตั้งฉากกับพื้นที่ผิวของหน่วย |
| หน่วยวัด | |
| เส้นทางอิสระเฉลี่ยวัดจากระยะทางเป็นเมตร (มักใช้เป็นไมโครมิเตอร์ – μm) | ความดันวัดโดยหน่วย SI Pascals (Pa) |
| ทฤษฎี | |
| เส้นทางอิสระเฉลี่ยคือระยะทางที่อนุภาคเคลื่อนที่เคลื่อนที่ | ความดันคือแรงที่กระทำต่อพื้นที่หนึ่งหน่วย (ตั้งฉาก) |
สรุป – เส้นทางอิสระเฉลี่ยเทียบกับแรงกดดัน
เส้นทางอิสระเฉลี่ยคือระยะทางเฉลี่ยที่โมเลกุลเคลื่อนที่ระหว่างการชนกันระหว่างการเคลื่อนที่ แรงกดคือแรงที่กระทำต่อพื้นที่ผิวหนึ่งหน่วยในทิศทางตั้งฉากความแตกต่างที่สำคัญระหว่างเส้นทางอิสระเฉลี่ยและแรงดันคือ เส้นทางอิสระเฉลี่ยวัดเป็นระยะทางเป็นเมตร ในขณะที่แรงดันวัดโดยหน่วย SI ปาสกาล (Pa)