平均自由行程
平均自由行程(へいきんじゆうこうてい、英語: mean free path)または平均自由行路(へいきんじゆうこうろ)とは、物理学や化学のうち、気体分子運動論において、分子などの粒子が、散乱源(同じ粒子の場合もあれば、異なる粒子の場合もある)による散乱(衝突)で妨害されること無く進むことのできる距離(これを自由行程という)の平均値のことを言う。粒子が平均自由行程だけ運動すると、他の粒子と平均して1回衝突する。金属や半導体の伝導電子についても同様に定義される。
平均自由行程は、その系の特性や粒子により異なってくる。そのため、一般的な場合、ランダムな速度を持った粒子が、散乱源に衝突するまでの距離として、次の式で表記される。
l = ( n σ ) − 1 {\displaystyle \ell =(n\sigma )^{-1}}
ただし、 l {\displaystyle \ell } は平均自由行程(単位m)で、n は散乱源の数密度(m)、σは散乱時の有効断面積(m)である。粒子の速度がマクスウェル分布に従うと仮定される場合、平均自由行程は次式で表せる。
l = ( 2 n σ ) − 1 {\displaystyle \ell =({\sqrt {2}}\,n\sigma )^{-1}}