Número de partículas

En termodinámica , el número de partículas (símbolo N ) de un sistema termodinámico es el número de partículas constituyentes de ese sistema. ^{[1] El número de partículas es una} propiedad termodinámica fundamental que es conjugada con el potencial químico . A diferencia de la mayoría de las cantidades físicas , el número de partículas es una cantidad adimensional , específicamente una cantidad contable . Es una propiedad extensiva , ya que es directamente proporcional al tamaño del sistema en consideración y, por lo tanto, significativa solo para sistemas cerrados .

Una partícula constituyente es aquella que no se puede descomponer en fragmentos más pequeños a la escala de energía k·T involucrada en el proceso (donde k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura ). Por ejemplo, en un sistema termodinámico que consiste en un pistón que contiene vapor de agua , el número de partículas es el número de moléculas de agua en el sistema. El significado de las partículas constituyentes, y por lo tanto del número de partículas, depende de la temperatura.

El concepto de número de partículas juega un papel importante en las consideraciones teóricas . En situaciones en las que se necesita determinar el número real de partículas de un sistema termodinámico dado, principalmente en química , no es prácticamente posible medirlo directamente contando las partículas. Si el material es homogéneo y tiene una cantidad conocida de sustancia n expresada en moles , el número de partículas N se puede encontrar mediante la relación: , donde N _A es la constante de Avogadro . ^[1]$Estilo de visualización N=nN_{A}$

Un parámetro intensivo relacionado con el sistema es la densidad numérica de partículas (o concentración numérica de partículas PNC), una cantidad de tipo densidad numérica volumétrica que se obtiene dividiendo la cantidad de partículas de un sistema por su volumen . Este parámetro se suele denotar con la letra minúscula n .

En los procesos mecánicos cuánticos , el número total de partículas puede no conservarse. Por lo tanto, el concepto se generaliza al operador de número de partículas , es decir, el observable que cuenta el número de partículas constituyentes. ^[2] En la teoría cuántica de campos , el operador de número de partículas (véase estado de Fock ) es conjugado con la fase de la onda clásica (véase estado coherente ).

Una medida de la contaminación del aire utilizada en las normas de calidad del aire es la concentración atmosférica de partículas en suspensión . Esta medida se expresa habitualmente en μg/m ³ ( microgramos por metro cúbico). En las normas de emisiones actuales de la UE para automóviles, furgonetas y camiones y en la futura norma de emisiones de la UE para maquinaria móvil no de carretera, se definen las mediciones y límites del número de partículas, comúnmente denominado PN , con unidades [#/km] o [#/kWh]. En este caso, PN expresa una cantidad de partículas por unidad de distancia (o trabajo).