Temperatura de excitación

En mecánica estadística , la temperatura de excitación ( T _ex ) cuantifica la población relativa de dos niveles de energía en un sistema de partículas. Se define mediante la ecuación ^{[ 1 ].}

$${\displaystyle {\frac {n_{\rm {u}}}{n_{\rm {l}}}}={\frac {g_{\rm {u}}}{g_{\rm {l}}}}\exp {\left(-{\frac {\Delta E}{kT_{\rm {ex}}}}\right)},}$$

dónde

• n _u es el número de partículas en un estado superior ( por ejemplo, excitado);
• g _u es el peso estadístico (degeneración) del estado superior;
• n _l es el número de partículas en un estado inferior ( por ejemplo , el estado fundamental );
• g _l es el peso estadístico del estado inferior;
• exp es la función exponencial ;
• k es la constante de Boltzmann ;
• Δ E es la diferencia de energía entre los estados superior e inferior.

En equilibrio térmico , la temperatura de excitación es igual a la temperatura termodinámica del sistema, y ​​las poblaciones de niveles siguen la distribución de Boltzmann , de modo que el lado derecho de la ecuación se reduce al factor de Boltzmann correspondiente. ^{[ 1 ]} La temperatura de excitación siempre se puede definir, incluso si el sistema no está en equilibrio térmico. ^{[ 2 ]}

Al medir la intensidad relativa de dos líneas de emisión espectrales correspondientes a transiciones desde dos niveles diferentes al estado fundamental, la relación${\displaystyle n_{\textrm {u}}/n_{\textrm {l}}}$se puede estimar. Aplicando este enfoque a los rayos se obtiene una temperatura de excitación estimada de alrededor de27 000  K , con una variación considerable debido a las diferentes cantidades de corriente en cada descarga. ^{[ 3 ]}

La temperatura de excitación puede incluso ser negativa para un sistema con niveles invertidos (como un máser ). ^{[ 4 ] : 184}

La línea de 21 cm del hidrógeno es una transición de inversión de espín , por lo que el valor aparente de la temperatura de excitación se suele denominar "temperatura de espín". ^{[ 5 ]}