Un libre parcours moyen est la longueur moyenne qu’une particule peut parcourir dans un environnement avant d’entrer en collision, d’être absorbée ou de réagir avec une autre particule. Le terme est fréquemment utilisé pour discuter du comportement des gaz, mais a également été appliqué dans les domaines du son et de la lumière. On pourrait calculer le libre parcours moyen d’un joueur dans un match de football. Sur une base relative, une molécule d’oxygène voyage beaucoup plus loin dans l’air avant d’entrer en collision que le joueur de football.
Les gaz sont un état ou une condition de la matière dans lequel les molécules sont si faiblement attirées les unes vers les autres qu’elles s’écoulent librement et occuperont tout le volume d’un récipient. Le volume d’un gaz est le volume du récipient. Les gaz sont facilement compressés, expansés et mélangés. Les gaz sont souvent invisibles en raison de leur faible concentration de matière par unité de volume ou, autrement dit, du long libre parcours moyen de leurs molécules.
En chimie, les calculs du libre parcours moyen sont utiles pour étudier le comportement de la réaction des gaz. La valeur du chemin est, par nécessité, le résultat de modèles, car il n’y a aucun moyen de mesurer ou de suivre une molécule. Les scientifiques examinent des paramètres observables tels que le volume, la température et la pression ainsi que la taille des molécules dans le gaz et la concentration de gaz pour modéliser le comportement des molécules de gaz et dériver des valeurs calculées.
Les molécules d’air, à des conditions standard de 1 atmosphère (14.7 livres par pouce carré), 0deg;C (32°F), et un diamètre moléculaire indiqué de 0.3 nanomètres, nm, (1.2 x 10-8 pouces ), a un libre parcours moyen calculé de 93 nm (3.6 x 10-6 pouces). La séparation moléculaire moyenne est calculée à 3.3 nm (1.3 x 10-7 pouces). Si les joueurs de football étaient aussi agiles que des atomes, leur libre parcours moyen serait d’environ 800 pieds (244 mètres), basé sur un terrain de football américain. Bien sûr, les joueurs de football ne sont pas uniformément dispersés sur le terrain comme le sont les molécules de gaz à l’intérieur d’une enceinte.
Dans les études sonores, le libre parcours moyen fait référence à la distance moyenne parcourue par un rayon sonore avant d’être réfléchi par un obstacle. Ce calcul est important en acoustique et dépend du volume d’une pièce et de la surface totale des murs, du plafond et du sol de la pièce. Les études acoustiques, bien que compliquées, sont quantifiables, car la vitesse des ondes sonores peut être mesurée avec précision dans diverses conditions.
Les études de la diffusion de la lumière à travers les gaz ou les liquides utilisent des calculs de libre parcours moyen de diffusion. Celles-ci sont définies comme la distance moyenne parcourue par un photon avant qu’un événement de diffusion ne se produise en raison de la collision ou de l’absorption du photon. Les calculs peuvent être utilisés pour déterminer des éléments tels que la turbidité de l’eau et les concentrations de diverses solutions. Les buveurs de thé observent le chemin moyen libre de diffusion pour déterminer si leur thé s’est suffisamment infusé.