Kaj je povprečna prosta pot?

Srednja prosta pot je povprečna dolžina, ki jo delec lahko prepotuje v okolju, preden trči, ga absorbira ali reagira z drugim delcem. Izraz se pogosto uporablja za razpravo o obnašanju plinov, uporablja pa se tudi na področju zvoka in svetlobe. Lahko bi izračunali povprečno prosto pot igralca na nogometni tekmi. Relativno gledano, molekula kisika potuje veliko dlje v zraku, preden trči kot nogometaš.

Plini so stanje ali stanje snovi, v katerem se molekule tako ohlapno privlačijo med seboj, da so prosto tekoče in bodo zasedle celotno prostornino posode. Prostornina plina je prostornina posode. Plini se zlahka stisnejo, razširijo in mešajo. Plini so pogosto nevidni zaradi nizke koncentracije snovi na enoto prostornine ali, drugače rečeno, dolge proste poti njihovih molekul.

V kemiji so izračuni povprečne proste poti uporabni pri preučevanju obnašanja plinske reakcije. Vrednost poti je nujno rezultat modelov, saj ni mogoče izmeriti ali slediti nobeni eni molekuli. Znanstveniki si ogledajo opazne parametre, kot so prostornina, temperatura in tlak, pa tudi velikost molekul v plinu in koncentracija plina, da modelirajo obnašanje molekul plina in izpeljejo izračunane vrednosti.

Molekule zraka pri standardnih pogojih 1 atmosfere (14.7 funtov na kvadratni palec), 0 stopinj;C (32°F) in navedenega molekulskega premera 0.3 nanometra, nm, (1.2 x 10-8 palcev), imajo izračunana povprečna prosta pot 93 nm (3.6 x 10-6 palcev). Povprečna molekularna ločitev je izračunana pri 3.3 nm (1.3 x 10-7 palcev). Če bi bili nogometaši tako okretni kot atomi, bi bila njihova povprečna prosta pot približno 800 čevljev (244 metrov), glede na igrišče ameriškega nogometa. Seveda nogometaši niso enakomerno razpršeni po igrišču, tako kot molekule plina v ograjenem prostoru.

V zvočnih študijah se povprečna prosta pot nanaša na povprečno razdaljo, ki jo prepotuje žarek zvoka, preden se odbije od ovire. Ta izračun je pomemben v akustiki in je odvisen od prostornine prostora in skupne površine sten, stropa in tal prostora. Čeprav so akustične študije zapletene, jih je mogoče količinsko opredeliti, saj je mogoče hitrost zvočnih valov natančno izmeriti v različnih pogojih.

Študije sipanja svetlobe skozi pline ali tekočine uporabljajo izračune srednje proste poti sipanja. Te so opredeljene kot povprečna razdalja, ki jo foton prepotuje, preden pride do razpršitvenega dogodka zaradi trka ali absorpcije fotona. Izračuni se lahko uporabijo za določanje stvari, kot so motnost vode in koncentracije različnih raztopin. Pivci čaja opazujejo razpršeno povprečno pot, da ugotovijo, ali je njihov čaj dovolj skuhan.