¿Por qué el exponente adiabático disminuye en las zonas de ionización?

Están pasando dos cosas. (1) Cuando agrega calor a un gas que está en el umbral de ionización o parcialmente ionizado, parte de ese calor se ioniza. Esto significa que se necesita una cantidad mucho mayor de energía para producir un aumento de la temperatura. (2) Sin embargo, a medida que el gas se ioniza, el número de partículas por unidad de masa también aumenta y, por lo tanto, la presión aumenta a una temperatura determinada. El efecto neto es que$C_V$(capacidad calorífica para un volumen fijo) aumenta en más de$C_P$(capacidad calorífica para una presión fija) y así el índice adiabático disminuye.

Es un cálculo engañoso y detallado para averiguar cómo$C_V$y$C_P$cambia a medida que avanza la ionización. Un ejemplo de cálculo para gas hidrógeno puro se da en las páginas 123-126 de "Principios de evolución estelar y nucleosíntesis" (1983, D. Clayton). Ambas cosas$C_V$y$C_P$aumentar drásticamente (por un factor de 30-40) a medida que aumenta la ionización, ambos alcanzando un máximo de alrededor del 50% de ionización antes de volver a caer exactamente al doble de sus valores no ionizados una vez que el gas está completamente ionizado (cuando se comporta como un gas monoatómico perfecto pero con el doble de número de partículas por unidad de masa). Sin embargo, el comportamiento de$C_V$y$C_P$son ligeramente diferentes,$C_P$aumenta en menos de$C_V$, por lo que la relación de$C_P/C_V$cambia y pasa por un mínimo de alrededor del 50% de ionización antes de recuperar el valor de gas monoatómico estándar una vez completamente ionizado.