¿Cuál es el camino libre medio?

Un camino libre medio es la longitud promedio que una partícula puede viajar en un entorno antes de colisionar, ser absorbida o reaccionar con otra partícula. El término se usa con frecuencia para discutir el comportamiento de los gases, pero también se ha aplicado en los campos de sonido y luz. Se podría calcular la ruta libre media de un jugador en un partido de fútbol. Sobre una base relativa, una molécula de oxígeno viaja mucho más lejos en el aire antes de colisionar que el jugador de fútbol.

Los gases son un estado o condición de la materia en la que las moléculas se atraen tan libremente entre sí que fluyen libremente y ocuparán todo el volumen de un recipiente. El volumen de un gas es el volumen del contenedor. Los gases se comprimen, expanden y mezclan fácilmente. Los gases a menudo son invisibles debido a su baja concentración de materia por unidad de volumen, o, dicho de otra manera, a la larga trayectoria libre media de sus moléculas.

En química, los cálculos de la ruta libre media son útiles para estudiar el comportamiento de la reacción de gases. El valor de la ruta es, necesariamente, el resultado de modelos, ya que no hay forma de medir o rastrear ninguna molécula. Los científicos observan parámetros observables como el volumen, la temperatura y la presión, así como el tamaño de las moléculas en el gas y la concentración de gas para modelar el comportamiento de la molécula de gas y derivar los valores calculados.

Las moléculas de aire, en condiciones estándar de 1 atmósfera (14.7 libras por pulgada cuadrada), 0 grados; C (32 ° F), y un diámetro molecular establecido de 0.3 nanómetros, nm, (1.2 x 10-8 pulgadas), tiene un trayectoria libre media calculada de 93 nm (3.6 x 10-6 pulgadas). La separación molecular promedio se calcula a 3.3 nm (1.3 x10-7 pulgadas). Si los jugadores de fútbol fueran tan ágiles como los átomos, su trayectoria libre media sería de unos 800 pies (244 metros), según un campo de fútbol americano. Por supuesto, los jugadores de fútbol no están uniformemente dispersos por el campo, como lo están las moléculas de gas dentro de un recinto.

En estudios de sonido, la ruta libre media se refiere a la distancia promedio que recorre un rayo de sonido antes de reflejarse en un obstáculo. Este cálculo es importante en acústica y depende del volumen de una habitación y del área de superficie total de las paredes, el techo y el piso de la habitación. Los estudios acústicos, aunque complicados, son cuantificables, ya que la velocidad de las ondas de sonido se puede medir con precisión en una variedad de condiciones.

Los estudios sobre la dispersión de la luz a través de gases o líquidos utilizan cálculos de dispersión de la trayectoria libre media. Estos se definen como la distancia promedio recorrida por un fotón antes de que ocurra un evento de dispersión debido a la colisión o absorción del fotón. Los cálculos se pueden usar para determinar cosas tales como la turbidez del agua y las concentraciones de varias soluciones. Los bebedores de té están observando el camino medio libre de dispersión para determinar si su té se ha preparado lo suficiente.