הבדל בין נתיב חופשי ממוצע ללחץ

2024 מְחַבֵּר: Alex Aldridge | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 13:39

הבדל מפתח - ממוצע נתיב חופשי לעומת לחץ

הנתיב החופשי הממוצע הוא המרחק הממוצע שעוברת מולקולה נעה בזמן התנגשות עם מולקולות אחרות. לפיכך, הוא נמדד על ידי יחידות מדידה של אורך. הנתיב החופשי הממוצע נקבע באמצעות המהירות הממוצעת של מולקולה, ותדירות ההתנגשות מאז קביעת הנתיב החופשי הממוצע באמצעות המרחקים קשה. לחץ הוא מונח מדעי שמשתמשים בו לעתים קרובות. זהו הכוח הניצב המופעל על יחידת שטח פנים. ההבדל העיקרי בין נתיב חופשי ממוצע ללחץ הוא שדרך חופשית ממוצעת נמדדת כמרחק במטרים ואילו לחץ נמדד על ידי יחידת SI Pascals (Pa).

מהו המשמעות של נתיב חינם?

הנתיב החופשי הממוצע הוא המרחק הממוצע שעובר חלקיק נע (אטום, מולקולה או יון) בין התנגשויות (השפעות עוקבות). התנגשויות אלו משנות את הכיוון או האנרגיה של חלקיקים נעים. מונח זה נקרא נתיב חופשי ממוצע מכיוון שהוא מחושב כערך ממוצע. ניתן להעריך את הנתיב החופשי הממוצע באמצעות תיאוריה קינטית. התיאוריה הקינטית קובעת שמולקולות הגז נמצאות בתנועה אקראית מתמדת עם התנגשויות תכופות זו בזו. הנתיב החופשי הממוצע מסומן בסמל "λ". הבה נבחן דוגמה כדי להבין מהו הנתיב החופשי המשמעותי.

איור 1: תנועה של מולקולת גז עם התנגשויות בין מולקולת הגז לדופן המיכל.

חישוב נתיב ממוצע חינם

הנתיב החופשי הממוצע של מולקולת הגז בתמונה למעלה ניתן להלן.

λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4

עם זאת, סוג זה של חישוב אינו אפשרי מכיוון שלא ניתן לקבוע בקלות את המרחקים בין כל התנגשות. לפיכך, הנתיב החופשי הממוצע מחושב באופן הבא.

λ={c} / Z

כאן, {c} היא המהירות הממוצעת של מולקולת גז ו-Z היא תדירות ההתנגשות. תדירות ההתנגשות היא הקצב שבו שתי מולקולות מתנגשות זו בזו. לכן, הוא שווה ל-1/t (t הוא הזמן הממוצע בין התנגשויות). לאחר מכן ניתן לארגן מחדש את המשוואה שלעיל באופן הבא.

λ={c} / (1/t)

λ={c} t

מהו לחץ?

לחץ הוא מונח מדעי המשמש לשם הכוח המופעל בניצב ליחידת שטח פנים. כאשר נחשב נוזל, הלחץ הוא הלחץ בנקודה בתוך נוזל. יחידת SI למדידת הלחץ היא פסקל (Pa).הלחץ מסומן בסמל "P". עם זאת, ישנן מספר יחידות נפוצות המשמשות למדידת הלחץ. לדוגמה: N/m^{2 (ניוטון למ"ר), psi (כוח הפאונד לאינץ' רבוע), atm (אטמוספירה), 1/760 של atm נקרא טור אחד.}

איור 2: לחץ הוא הכוח הניצב המופעל על משטח חלקי שטח הפנים עליו מופעל הכוח.

משוואה לחישוב לחץ

ניתן לחשב את הלחץ באמצעות המשוואה הבאה:

P=– (F/A)

כאשר p הוא הלחץ, F הוא גודל הכוח המופעל על שטח של A. ישנם מספר סוגי לחץ.

1. לחץ הנוזל - כוח הדחיסה על נקודה בתוך נוזל.
2. לחץ פיצוץ - הלחץ שנוצר כתוצאה מהצתה של גזים נפיצים.
3. לחץ שלילי – ישנם תנאים מסוימים שבהם הלחץ הופך לשלילי. לדוגמה: כאשר הכוחות הבין-מולקולריים בין מולקולות הנוזל עולים על כוחות הדחייה (שנוצרים עקב תנועה תרמית).
4. לחץ של גז אידיאלי – הלחץ של גז אידיאלי מחושב באמצעות P=nRT/V (שבו P הוא הלחץ, n הוא כמות החומר, R הוא קבוע הגז האוניברסלי, V הוא הלחץ נפח ו-T הם הטמפרטורה של הגז).
5. לחץ אדים - לחץ האדים שנמצא במגע עם הפאזה הנוזלית שלו במערכת תרמודינמית סגורה.

מה ההבדל בין דרך חופשית ממוצעת ללחץ?

נתיב חופשי לעומת לחץ
הנתיב החופשי הממוצע הוא המרחק הממוצע שעובר חלקיק נע (אטום, מולקולה או יון) בין התנגשויות (השפעות עוקבות).	לחץ הוא מונח מדעי המשמש לשם הכוח המופעל בניצב ליחידת שטח פנים.
יחידת מדידה
הנתיב החופשי הממוצע נמדד כמרחק במטרים (משמש לעתים קרובות כמיקרומטרים - מיקרומטר).	הלחץ נמדד על ידי יחידת SI Pascals (Pa).
Theory
הנתיב החופשי הממוצע הוא המרחק שעובר חלקיק נע.	לחץ הוא הכוח המופעל על יחידת שטח (במאונך).

סיכום – נתיב חופשי ממוצע לעומת לחץ

הנתיב החופשי הממוצע הוא הממוצע של המרחקים שעוברת מולקולה בין התנגשויות במהלך תנועה. לחץ הוא הכוח המופעל על יחידת שטח פנים בכיוון מאונך.ההבדל העיקרי בין נתיב חופשי ממוצע ללחץ הוא שדרך חופשית ממוצעת נמדדת כמרחק במטרים ואילו לחץ נמדד על ידי יחידת SI Pascals (Pa).