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Mittlere freie Weglänge

5. Klasse ‐ Abitur

Die mittlere freie Weglänge (manchmal auch nur freie Weglänge) ist diejenige Strecke \(\lambda\), die ein Teilchen in einem umgebenden Medium (Festkörper, Flüssigkeit, Gas, Plasma) zurücklegen kann, ohne mit einem Teilchen des Mediums in Wechselwirkung zu treten. In einer Elektronenröhre ist \(\lambda\) z. B. die Strecke, die ein aus der Kathode ausgetretenes Elektron zwischen zwei Stößen mit einem Gasmolekül zurücklegt. In einem elektrischen Kabel die Strecke, die ein Leitungselektron ungestört „driften“ kann.

Die mittlere freie Weglänge eines Gasteilchens zwischen zwei Stößen mit anderen Gasteilchen beträgt bei normalem Luftdruck und Zimmertemperatur ca. 10–100 nm, also nur etwa 100–1000 Atomradien. Die Weglänge in einem Gas wächst mit abnehmendem Druck. Wenn sie die Größenordnung der Gefäßdimensionen (oder bei einer Strömung die Größe des Rohrquerschnitts) erreicht, ändern sich die Eigenschaften des Gases, insbesondere sein Strömungsverhalten, deutlich. Man spricht dann von Hochvakuum. Bei einem etwa 10 cm großen Gefäß entspricht dieser Zustand einen Druck von unter 0,1 Pa (10–3 mbar).


Schlagworte

  • #Gase
  • #Vakuum
  • #statistische Physik
  • #elektrische Leitung