La ecuación de ionización de Saha , también conocida como la ecuación de Saha-Langmuir , es una expresión que relaciona el estado de ionización de un elemento con la temperatura y la presión. La ecuación se usa para explicar la clasificación espectral de las estrellas. La expresión fue desarrollada por el astrofísico indio Meghnad Saha y más tarde por Irvin Langmuir.
Para un gas a una temperatura suficientemente alta, las colisiones térmicas de los átomos ionizarán algunos de los átomos. Uno o más de los electrones que normalmente están unidos al átomo en órbitas alrededor del núcleo atómico serán expulsados del átomo y formarán un gas electrónico que coexiste con el gas de iones atómicos y átomos neutros. Este estado de la materia se llama plasma. La ecuación de Saha describe el grado de ionización de este plasma en función de la temperatura, la densidad y las energías de ionización de los átomos. La ecuación de Saha solo se aplica a los plasmas débilmente ionizados para los cuales la longitud de Debye es grande. Esto significa que la “detección” de la carga coulomb de iones y electrones por otros iones y electrones es insignificante.
Para un gas compuesto de una sola especie atómica, la ecuación de Saha se escribe: dónde:
es la densidad de los átomos en el i -ésimo estado de ionización, es decir, con i electrones eliminados.
es la degeneración de estados para los iones i
es la energía requerida para eliminar los electrones i de un átomo neutro, creando un ion de nivel i .
es la densidad electrónica
es la longitud de onda térmica de Broglie de un electrón
es la masa de un electrón
es la temperatura del gas
es la constante de Boltzmann
es la constante de Planck
La expresion es la energía requerida para eliminar el
electrón. En el caso de que solo un nivel de ionización sea importante, tenemos
y definiendo la densidad total n como
, la ecuación de Saha se simplifica a:
dónde
Es la energía de ionización.
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