Stredná voľná dráha

Voľná dráha modrej častice je vzdialenosť od zrážky s prvou čiernou časticou po najbližšiu zrážku s druhou časticou.

Stredná voľná dráha je vo fyzike priemerná hodnota všetkých voľných dráh všetkých častíc (molekúl) plynu. Voľná dráha je vzdialenosť, ktorú prejde častica medzi dvomi kolíziami s inými časticami (od jednej zrážky po druhú zrážku). Stredná voľná dráha sa používa aj pre plazmu a elektrónový plyn.

Ideálny plyn

Pri ideálnom plyne si definujeme priemer molekuly (častice) d [m], tepolotu plynu T [K], tlak p [Pa], a vypočítame strednú voľnú dráhu $\ell$ [m]:

$\ell =\frac{k_{\text{B}}T}{\sqrt{2}\pi d^{2}p}$

Pri čom k_B je Boltzmannova konštanta.

Dráhu dlhšiu, ako je stredná voľná dráha, dosiahne menej ako 1/3 všetkých častíc.

Reálny plyn

Pri reálnom plyne sa molekuly nesprávajú dokonalo pružne a pôsobia medzi nimi aj príťažlivé a odpudivé sily. Preto sa výpočet robí pomocou empirických hodnôt, napr. s použitím Sutherlandovho vzorca.

Stredná voľná dráha vo vzduchu

Nasledujúca tabuľka uvádza niektoré typické hodnoty strednej voľnej dráhy pre vzduch pri rôznych tlakoch a pri izbovej teplote.

Tlak vzduchu	Tlak v mbar	Tlak vo výške ortuťového stĺpca mmHg (Torr)	Počet molekúl / cm3	Počet molekúl / m3	Stredná voľná dráha
Normálny tlak	1013	759.8	2.7 × 1019	2.7 × 1025	68 nm
Nízke vákuum	300 – 1	220 – 8×10−1	1019 – 1016	1025 – 1022	0.1 – 100 μm
Stredné vákuum	1 – 10−3	8×10−1 – 8×10−4	1016 – 1013	1022 – 1019	0.1 – 100 mm
Vysoké vákuum	10−3 – 10−7	8×10−4 – 8×10−8	1013 – 109	1019 – 1015	10 cm – 1 km
Ultravysoké vákuum	10−7 – 10−12	8×10−8 – 8×10−13	109 – 104	1015 – 1010	1 km – 105 km
Extrémne vysoké vákuum	<10−12	<8×10−13	<104	<1010	>105 km

Pozri aj

• Stredná kvadratická rýchlosť
• Kvadratický priemer
• Maxwellovo-Boltzmanovo rozdelenie
• Molekulová fyzika
• Vákuum