什么是氣體分子運動平均自由程

來源：岐昱實業（上海）有限公司 2021年08月12日 11:55

自由程是指一個分子與其它分子相繼兩次碰撞之間，經過的直線路程。對個別分子而言，自由程時長時短，但大量分子的自由程具有確定的統計規律。大量分子自由程的平均值稱為平均自由程。為說明平均自由程，需引入理想氣體自由運動與分子平均碰撞頻率兩個概念。

一、理想氣體自由運動

致使理想氣體分子作雜亂無章的運動的原因是氣體分子間在作十分頻繁的碰撞，碰撞使分子不斷改變運動方向與速率大小，而且這種改變*是隨機的。按照理想氣體基本假定，分子在兩次碰撞之間可看做勻速直線運動，也就是說，分子在運動中沒有受到分子力作用，因而是自由的。

二、分子平均碰撞頻率

平衡態氣體中，單位時間內一個分子平均碰撞的次數稱為分子平均碰撞頻率。

三、氣體分子平均自由程

由于平均說來，一個平均速率為v的分子，它在t秒內所走過的路程為vt，該分子在*過程中不斷被碰撞而改變方向形成曲曲折折軌跡線。因t秒內受碰n次，則兩次碰撞之間走過的平均路程，即平均自由程為vt/n.

概念延伸

在標準狀況下，氮氣分子的平均碰撞頻率為1.2×10^10次/s，平均自由程為3.8×10^(-8）m，這說明氣體分子相互碰撞非常頻繁，即使在1μs時間內，也平均碰撞10次。氣體趨于平衡態需借助頻繁的碰撞，氣體能量、動量與質量的輸運也需借助碰撞，所以碰撞頻率及平均自由程是決定系統微觀過程的十分重要的特征量。

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