В термодинамике число частиц (символ N ) термодинамической системы — это количество составляющих частиц в этой системе. [1] Число частиц является фундаментальным термодинамическим свойством , которое сопряжено с химическим потенциалом . В отличие от большинства физических величин , число частиц является безразмерной величиной , точнее, счетной величиной . Это экстенсивное свойство , поскольку оно прямо пропорционально размеру рассматриваемой системы и поэтому имеет смысл только для закрытых систем .
Составляющая частица — это частица, которую нельзя разбить 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 количество молекул воды в системе. Таким образом, значение составляющих частиц и, следовательно, количества частиц зависит от температуры.
Понятие числа частиц играет важную роль в теоретических рассмотрениях. В ситуациях, когда необходимо определить фактическое количество частиц данной термодинамической системы, главным образом в химии , практически невозможно измерить его непосредственно путем подсчета частиц. Если материал однороден и содержит известное количество вещества n, выраженное в молях , то число частиц N можно найти по соотношению: , где NA — постоянная Авогадро . [1]
Родственным параметром интенсивной системы является плотность числа частиц , величина, подобная объемной плотности числа, полученная путем деления количества частиц в системе на ее объем . Этот параметр часто обозначается строчной буквой n .
В квантовомеханических процессах общее число частиц может не сохраняться. Таким образом, концепция обобщается до оператора числа частиц , то есть наблюдаемой , которая подсчитывает количество составляющих частиц. [2] В квантовой теории поля оператор числа частиц (см. состояние Фока ) сопряжен фазе классической волны (см. когерентное состояние ).
Одним из показателей загрязнения воздуха , используемым в стандартах качества воздуха, является концентрация твердых частиц в атмосфере . Эта мера обычно выражается в мкг/м 3 ( микрограммах на кубический метр). В действующих нормах ЕС по выбросам для легковых автомобилей, фургонов и грузовиков, а также в будущих нормах ЕС по выбросам для внедорожной мобильной техники определены измерения и пределы количества частиц, обычно называемые PN , в единицах [#/км] или [ #/кВтч]. В этом случае PN выражает количество частиц на единицу расстояния (или работы).
