氣體動理論與理想氣體

平均自由程

一個分子在撞到另一個分子之前,平均能走多遠。就像在擁擠的房間裡每走一小步就撞到人,在空曠的原野卻能走很遠。平均自由程就是氣體分子這個「兩次碰撞之間」的平均距離。

精確地說,lambda = 1 / (sqrt(2) pi d^2 n),其中 d 是分子直徑、n = N/V 是數密度(單位體積內的分子數)。分子越大或氣體越密,自由程越短。室溫常壓下空氣的 lambda 約 70 奈米,是分子直徑的數百倍,但每個分子每秒仍要碰撞數十億次。

用途:平均自由程決定了氣體如何擴散、如何交換能量,是黏滯性、擴散與熱傳導背後的關鍵。在高真空中 lambda 可以大於容器本身,此時分子撞牆比撞彼此還頻繁,這對真空技術與太空環境都很重要。

常壓空氣中約 70 奈米,但在氣體極稀薄的高真空中可達數公尺甚至更長。

兩次碰撞之間平均走過的距離。

氣體越密,平均自由程越短;這就是為什麼常壓下的分子雖以每秒數百公尺運動,每一段卻只是極短的跳躍。

又稱
lambda自由徑