درجة حرارة الإثارة

في الميكانيكا الإحصائية ، تحدد درجة حرارة الإثارة ( T _{_ex} ) النسبة المئوية لتواجد مستويين من الطاقة في نظام من الجسيمات. ويتم تعريفها بالمعادلة ^{[ 1 ].}

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

أين

• n _u هو عدد الجسيمات في حالة عليا ( على سبيل المثال، حالة مثارة)؛
• يمثل g _u الوزن الإحصائي (الانحلال) للحالة العليا؛
• n _l هو عدد الجسيمات في حالة أدنى ( مثل الحالة الأرضية )؛
• يمثل g _l الوزن الإحصائي للولاية الأدنى؛
• exp هي الدالة الأسية ؛
• k هو ثابت بولتزمان ؛
• Δ E هو الفرق في الطاقة بين الحالتين العليا والدنيا.

في حالة التوازن الحراري ، تتساوى درجة حرارة الإثارة مع درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنظام، وتتبع مستويات الطاقة توزيع بولتزمان ، بحيث يختزل الطرف الأيمن من المعادلة إلى عامل بولتزمان المقابل. ^{[ 1 ]} يمكن دائمًا تحديد درجة حرارة الإثارة، حتى لو لم يكن النظام في حالة توازن حراري. ^{[ 2 ]}

من خلال قياس الشدة النسبية لخطين طيفيين للانبعاث يتوافقان مع الانتقالات من مستويين مختلفين إلى الحالة الأرضية، فإن النسبة${\displaystyle n_{\textrm {u}}/n_{\textrm {l}}}$يمكن تقديرها. بتطبيق هذا النهج على البرق، نحصل على درجة حرارة إثارة تقديرية تبلغ حوالي27000 كلفن  ، مع تباين كبير بسبب اختلاف كميات التيار في كل شوط. ^{[ 3 ]}

قد تكون درجة حرارة الإثارة سالبةً في نظام ذي مستويات معكوسة (مثل الميزر ). ^{[ 4 ] : ​​184}

يُعد خط الهيدروجين عند 21 سم انتقالًا ناتجًا عن انعكاس اللف المغزلي ، ولذلك غالبًا ما تُسمى القيمة الظاهرية لدرجة حرارة الإثارة "درجة حرارة اللف المغزلي". ^{[ 5 ]}