Hauptunterschied – mittlerer freier Weg vs. Druck
Die mittlere freie Weglänge ist die durchschnittliche Entfernung, die ein sich bewegendes Molekül zurücklegt, während es mit anderen Molekülen kollidiert. Daher wird es durch Längenmaßeinheiten gemessen. Die mittlere freie Weglänge wird anhand der mittleren Geschwindigkeit eines Moleküls und die Stoßfrequenz bestimmt, da die Bestimmung der mittleren freien Weglänge anhand der Abstände schwierig ist. Druck ist ein wissenschaftlicher Begriff, der oft verwendet wird. Es ist die senkrecht auf eine Flächeneinheit ausgeübte Kraft. Der Hauptunterschied zwischen der mittleren freien Weglänge und dem Druck besteht darin, dass die mittlere freie Weglänge als Entfernung in Metern gemessen wird, während der Druck in der SI-Einheit Pascal (Pa) gemessen wird.
Was ist die mittlere freie Weglänge?
Die mittlere freie Weglänge ist die durchschnittliche Entfernung, die ein sich bewegendes Teilchen (ein Atom, Molekül oder Ion) zwischen Kollisionen (aufeinanderfolgenden Stößen) zurücklegt. Diese Kollisionen verändern die Richtung oder Energie sich bewegender Teilchen. Dieser Term wird als mittlere freie Weglänge bezeichnet, da er als Mittelwert berechnet wird. Die mittlere freie Weglänge kann unter Verwendung der kinetischen Theorie abgeschätzt werden. Die kinetische Theorie besagt, dass sich Gasmoleküle in ständiger zufälliger Bewegung mit häufigen Kollisionen miteinander befinden. Die mittlere freie Weglänge wird mit dem Symbol „λ“bezeichnet. Betrachten wir ein Beispiel, um zu verstehen, was der mittlere freie Weg ist.
Abbildung 1: Bewegung eines Gasmoleküls mit Stößen zwischen dem Gasmolekül und der Behälterwand.
Berechnung der mittleren freien Weglänge
Die mittlere freie Weglänge des Gasmoleküls im obigen Bild ist wie folgt angegeben.
λ=(D1 + D2 + D3 + D4) /4
Diese Art der Berechnung ist jedoch nicht möglich, da die Abstände zwischen den einzelnen Kollisionen nicht ohne weiteres bestimmt werden können. Daher wird die mittlere freie Weglänge wie folgt berechnet.
λ={c} / Z
Hier ist {c} die Durchschnittsgeschwindigkeit eines Gasmoleküls und Z die Stoßfrequenz. Die Stoßfrequenz ist die Geschwindigkeit, mit der zwei Moleküle miteinander kollidieren. Daher ist es gleich 1/t (t ist die durchschnittliche Zeit zwischen Kollisionen). Dann kann die obige Gleichung wie folgt umgestellt werden.
λ={c} / (1/t)
λ={c} t
Was ist Druck?
Druck ist ein wissenschaftlicher Begriff, der verwendet wird, um die Kraft zu benennen, die senkrecht auf eine Einheitsoberfläche ausgeübt wird. Wenn eine Flüssigkeit betrachtet wird, ist der Druck die Spannung an einem Punkt innerhalb einer Flüssigkeit. Die SI-Einheit zur Messung des Drucks ist Pascal (Pa). Der Druck wird durch das Symbol „P“gekennzeichnet. Es gibt jedoch einige gängige Einheiten, die zur Messung des Drucks verwendet werden. Bsp.: N/m2 (Newton pro Quadratmeter), psi (Pfundkraft pro Quadratzoll), atm (Atmosphäre), 1/760 von atm wird als ein Torr bezeichnet.
Abbildung 2: Druck ist die senkrecht auf eine Oberfläche ausgeübte Kraft dividiert durch die Fläche, auf die die Kraft ausgeübt wird.
Gleichung zur Druckberechnung
Der Druck kann nach folgender Formel berechnet werden:
P=– (F/A)
Wobei p der Druck ist, F ist die Größe der Kraft, die auf eine Fläche von A wirkt. Es gibt verschiedene Arten von Druck.
- Flüssigkeitsdruck – die Druckkraft auf einen Punkt innerhalb einer Flüssigkeit.
- Explosionsdruck – der Druck, der durch die Zündung explosiver Gase entsteht.
- Unterdruck – unter bestimmten Bedingungen wird der Druck negativ. Beispiel: Wenn die intermolekularen Kräfte zwischen Flüssigkeitsmolekülen die Abstoßungskräfte (die aufgrund thermischer Bewegung entstehen) übersteigen.
- Druck eines idealen Gases – der Druck eines idealen Gases wird mit P=nRT/V berechnet (wobei P der Druck, n die Stoffmenge, R die universelle Gaskonstante, V die Volumen und T ist die Temperatur des Gases).
- Dampfdruck – der Druck des Dampfes, der in einem geschlossenen thermodynamischen System mit seiner flüssigen Phase in Kontakt steht.
Was ist der Unterschied zwischen mittlerer freier Weglänge und Druck?
Mittlere freie Weglänge vs. Druck |
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| Die mittlere freie Weglänge ist die durchschnittliche Entfernung, die ein sich bewegendes Teilchen (ein Atom, Molekül oder Ion) zwischen Kollisionen (aufeinanderfolgenden Stößen) zurücklegt. | Druck ist ein wissenschaftlicher Begriff, der verwendet wird, um die Kraft zu benennen, die senkrecht zu einer Einheitsoberfläche ausgeübt wird. |
| Maßeinheit | |
| Die mittlere freie Weglänge wird als Abstand in Metern gemessen (häufig als Mikrometer – μm verwendet). | Druck wird in der SI-Einheit Pascal (Pa) gemessen. |
| Theorie | |
| Die mittlere freie Weglänge ist die Strecke, die ein sich bewegendes Teilchen zurücklegt. | Druck ist die Kraft, die auf eine Flächeneinheit (senkrecht) ausgeübt wird. |
Zusammenfassung – Mittlere freie Weglänge vs. Druck
Die mittlere freie Weglänge ist der Durchschnitt der Entfernungen, die ein Molekül zwischen Kollisionen während der Bewegung zurücklegt. Druck ist die Kraft, die auf eine Flächeneinheit in senkrechter Richtung ausgeübt wird. Der Hauptunterschied zwischen der mittleren freien Weglänge und dem Druck besteht darin, dass die mittlere freie Weglänge als Entfernung in Metern gemessen wird, während der Druck in der SI-Einheit Pascal (Pa) gemessen wird.
