
【机】 collision diameter
碰撞直径(Collision Diameter)是分子动力学和气体动力学中的核心概念,指两个粒子在碰撞过程中相互接近的最小有效距离。该参数通过理想气体分子运动理论模型推导得出,其数学表达式为:
$$ sigma = sqrt{frac{8kT}{pi mu v_r}} $$
其中$sigma$代表碰撞直径,$k$为玻尔兹曼常数,$T$为热力学温度,$mu$为折合质量,$v_r$为相对速度。该公式量化了温度、分子质量和相对运动对碰撞截面的影响。
在工程热力学领域,《朗道-栗弗席兹物理手册》定义碰撞直径为“两分子质心轨迹最短间距的统计平均值”,用于计算气体扩散系数和黏度系数。实验数据表明,氧气分子在标准条件下的碰撞直径为0.36纳米,而二氧化碳分子达到0.45纳米。
《牛津物理词典》特别指出,碰撞直径不等同于分子实际尺寸。例如氩原子的范德华直径为0.34纳米,但其碰撞直径仅为0.29纳米,这种差异源于分子间作用力的量子效应。该参数在真空镀膜工艺优化和航天器空气动力学设计中具有重要应用价值。
参考来源:
碰撞直径(Collision Diameter)是物理学和化学动力学中的术语,主要用于描述粒子(如分子、原子等)在碰撞过程中的有效作用范围。以下是详细解释:
碰撞直径指两个粒子在碰撞时,其中心之间的最小有效距离。在分子碰撞理论中,它通常被视为两个粒子半径之和。例如,若分子A和B的半径分别为$r_A$和$rB$,则碰撞直径$d{AB}$可表示为: $$ d_{AB} = r_A + r_B $$
普通直径指几何图形中通过中心的线段长度(如圆的直径$d=2r$),而碰撞直径更强调粒子相互作用时的有效范围,可能与实际几何尺寸略有差异。
假设两个球形分子A和B,半径分别为$r_A$和$rB$,当它们发生碰撞时,若中心间距小于或等于$d{AB}=r_A+r_B$,则视为有效碰撞。
总结来看,碰撞直径是理论模型中用于量化粒子间碰撞行为的参数,尤其在化学反应速率和分子动力学研究中具有重要作用。
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