Tasa de acierto de moléculas en una pared

Revisando mi examen final del semestre pasado para prepararme para las composiciones:

Pregunta:

Un pistón de masa M puede moverse libremente en un tubo con área de sección transversal A lleno de gas monoatómico ideal con masa molecular m ≪ M y densidad n a temperatura T.

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La primera parte de la pregunta dice:

Calcule la tasa de colisiones moleculares con el pistón (ambos lados).

Encontré una ecuación en uno de mis libros favoritos de SM (Blundell y Blundell) que creo que ayudaría aquí:

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Sin embargo, la solución de mi profesor funciona completamente en 1 dimensión y, por lo tanto, usa la distribución 1-d maxwell-boltzmann. Y así puedo justificarme a mí mismo tomando la 1 / 2 C o s ( θ ) s i norte ( θ ) d θ de la ecuación 6.12 para que coincida con lo que mi profesor tiene en su solución.

De este modo

norte = A v d t norte F ( v ) d v

donde n = densidad numérica (N/V), A es el área de la pared/pistón, v es la velocidad, dt es algún intervalo de tiempo y f(v) es la distribución 1-d de Maxwell Boltzmann.

Mi pregunta es de dónde viene la integración de mis profesores en su solución provista:

d norte d t = 2 ( metro 2 π T ) 1 / 2 norte A 0 v mi metro v 2 2 T d v = norte A 2 T π metro

Tengo casi todos estos ingredientes de la ecuación de Blundell y Blundell, excepto la integración en el lado derecho y el dN en lugar de solo la N en el lado izquierdo.

La única integración de la distribución con la que estoy familiarizado es para la velocidad promedio,

v ¯ = 0 v F ( v ) d v

¿Qué estoy leyendo mal con respecto a la integración faltante en esa ecuación de Blundell y Blundell?

Un ejemplo de integración para que NI lo sepa es en el caso del gas fermi degenerado a una temperatura pequeña pero distinta de cero de la ecuación 7.53 de Schroeder

norte = 0 gramo ( ϵ ) norte ¯ F D ( ϵ ) d ϵ

Respuestas (1)

La distribución unidimensional a la que te refieres es la velocidad (en contraste con la velocidad).

pag ( v ) d 3 v
realmente es

pag ( v X , v y , v z ) d v X d v y d v z pag ( v ) v 2 d v

ya que el elemento de volumen es una capa en el espacio de velocidades.

Para este problema, está considerando el flujo a través de un área:

pag ( v ) v A ^ = pag ( v X ) v X A X + pag ( v y ) v y A y + pag ( v z ) v z A z

dónde A ^ es la normal a la superficie. Desde A y = A z = 0 , y A X = 1 , solo estás usando:

pag ( v X ) v X

Estoy totalmente cómodo con esto, mi pregunta es sobre la discrepancia en la integración frente a la no integración.