Caminho livre médio

RadiographyEdit

na radiografia de raios gama, o caminho livre médio de um feixe de lápis de fótons mono-energéticos é a distância média que um fóton viaja entre colisões com átomos do material-alvo. Depende do material e da energia dos fótons:

ℓ = µ − 1 = ( ( μ / ρ ) ρ ) − 1 , {\displaystyle \ell =\mu ^{-1}=((\mu\rho )\rho )^{-1},}

onde μ é o coeficiente de atenuação linear, µ/ρ é o coeficiente de atenuação de massa e ρ é a densidade do material. O coeficiente de atenuação da massa pode ser pesquisado ou calculado para qualquer combinação de material e energia utilizando as bases de dados do Instituto Nacional de normas e Tecnologia (NIST).

na radiografia de raios-X o cálculo do caminho livre médio é mais complicado, porque os fótons não são monoenergéticos, mas têm alguma distribuição de energias chamadas espectro. À medida que os fótons se movem através do material alvo, eles são atenuados com probabilidades dependendo de sua energia, como resultado de suas mudanças de distribuição no processo chamado endurecimento do espectro. Devido ao endurecimento do espectro, o caminho livre médio do espectro de raios X muda com a distância.Por vezes, mede-se a espessura de um material no número de caminhos livres médios. O Material com a espessura de um caminho livre médio atenuará para 37% (1/e) de fótons. Este conceito está intimamente relacionado com a camada de meio valor (HVL): um material com uma espessura de um HVL atenuará 50% dos fótons. Uma imagem padrão de raio-x é uma imagem de transmissão, uma imagem com logaritmo negativo de suas intensidades é às vezes chamada de uma série de imagens de caminhos livres médios.

Edit electrónico

Em macroscópica custo de transporte, o caminho livre médio de uma transportadora de carga em um metal ℓ {\displaystyle \ell } é proporcional à mobilidade eléctrica µ {\displaystyle \mu } , um valor diretamente relacionado com a condutividade elétrica, que é:

μ = q τ m = q ℓ m ∗ v, F , {\displaystyle \mu ={\frac {p\tau }{m}}={\frac {p\ell }{m^{*}v_{\rm {F}}}},}

onde q é a carga, τ {\displaystyle \tau } é a média de tempo livre, m* é a massa efetiva, e vF é a velocidade de Fermi da carga aérea. A velocidade de Fermi pode ser facilmente derivada da energia de Fermi através da equação de energia cinética não-relativística. Em filmes finos, no entanto, a espessura do filme pode ser menor do que o caminho livre médio previsto, tornando a dispersão da superfície muito mais perceptível, efetivamente aumentando a resistividade.

a mobilidade de electrões através de um meio com dimensões menores do que o percurso livre médio de electrões ocorre através da condução balística ou do transporte balístico. Em tais cenários, os elétrons alteram seu movimento apenas em colisões com paredes condutores.

OpticsEdit

Se a pessoa toma uma suspensão da não-absorção de luz partículas de diâmetro d, com uma fração de volume de Φ, o caminho livre médio dos fótons é:

ℓ = 2 d 3 Φ Q s , {\displaystyle \ell ={\frac {2d}{3\Phi Q_{\text{s}}}},}

onde Qs é a dispersão factor de eficiência. Qs pode ser avaliado numericamente para partículas esféricas usando a teoria de Mie.Numa cavidade de outra forma vazia, o caminho livre médio de uma única partícula que salta das paredes é::

ℓ = F V S , {\displaystyle \ell ={\frac {FV}{S},},}

, onde V é o volume da cavidade, S é o total dentro da área de superfície da cavidade, e F é uma constante relacionada com a forma da cavidade. Para a maioria das formas de cavidade simples, F é aproximadamente 4.Esta relação é usada na derivação da equação de Sabine em acústica, usando uma aproximação geométrica da propagação sonora.

física Nuclear e de partículas edit

em física de partículas o conceito de caminho livre médio não é comumente usado, sendo substituído pelo conceito similar de comprimento de atenuação. In particular, for high-energy photons, which mostly interact by electron-positron pair production, the radiation length is used much like the mean free path in radiography.Modelos de partículas independentes em Física nuclear requerem a órbita não perturbada de nucleões dentro do núcleo antes que interajam com outros nucleões.

o caminho livre médio efetivo de um núcleo na matéria nuclear deve ser um pouco maior do que as dimensões nucleares, a fim de permitir o uso do modelo de partícula independente. Este requisito parece estar em contradição com as suposições feitas na teoria … Estamos perante um dos problemas fundamentais da física das estruturas nucleares que ainda não foi resolvido.

— John Markus Blatt and Victor Weisskopf, Theoretical nuclear physics (1952)