В термодинамике число частиц (символ N ) термодинамической системы — это число составляющих частиц в этой системе. [1] Число частиц — это фундаментальное термодинамическое свойство , сопряженное с химическим потенциалом . В отличие от большинства физических величин , число частиц — это безразмерная величина , в частности, счетная величина . Это обширное свойство , поскольку оно прямо пропорционально размеру рассматриваемой системы и, таким образом, имеет смысл только для закрытых систем .
Составная частица — это та, которая не может быть разделена на более мелкие части в масштабе энергии k·T , участвующей в процессе (где k — постоянная Больцмана , а T — температура ). Например, в термодинамической системе, состоящей из поршня, содержащего водяной пар , число частиц — это число молекул воды в системе. Значение составных частиц, а следовательно, и чисел частиц, таким образом, зависит от температуры.
Концепция числа частиц играет важную роль в теоретических рассуждениях. В ситуациях, когда необходимо определить фактическое число частиц данной термодинамической системы, в основном в химии , его практически невозможно измерить напрямую, подсчитав частицы. Если материал однороден и имеет известное количество вещества n, выраженное в молях , число частиц N можно найти по соотношению: , где N A — постоянная Авогадро . [1]
Связанным интенсивным параметром системы является плотность числа частиц (или концентрация числа частиц PNC), величина типа объемной плотности числа, полученная путем деления числа частиц системы на ее объем . Этот параметр часто обозначается строчной буквой n .
В квантово-механических процессах общее число частиц может не сохраняться. Поэтому эта концепция обобщается до оператора числа частиц , то есть наблюдаемой , которая подсчитывает число составляющих частиц. [2] В квантовой теории поля оператор числа частиц (см. состояние Фока ) сопряжен с фазой классической волны (см. когерентное состояние ).
Одной из мер загрязнения воздуха, используемых в стандартах качества воздуха, является концентрация твердых частиц в атмосфере . Эта мера обычно выражается в мкг/м 3 ( микрограммах на кубический метр). В текущих нормах выбросов ЕС для автомобилей, фургонов и грузовиков, а также в будущих нормах выбросов ЕС для внедорожной мобильной техники определены измерения и пределы количества частиц, обычно называемые PN , с единицами [#/км] или [#/кВтч]. В этом случае PN выражает количество частиц на единицу расстояния (или работы).
