Número de partículas

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

Una partícula constituyente es aquella que no puede dividirse 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. Por lo tanto, el significado de partículas constituyentes, y por ende el número de partículas, depende de la temperatura.

El concepto de número de partículas desempeña un papel fundamental en las consideraciones teóricas . En situaciones donde 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 calcular mediante la siguiente relación  : ${\displaystyle N=nN_{A}}$, donde N _A es la constante de Avogadro . ^{[ 1 ]}

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

En los procesos de mecánica cuántica , el número total de partículas puede no conservarse. Por lo tanto, el concepto se generaliza al operador de número de partículas , es decir, la 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 a la fase de la onda clásica (véase estado coherente ).

Una medida de la contaminación atmosférica utilizada en las normas de calidad del aire es la concentración atmosférica de material particulado . Esta medida se suele expresar en μg/m³ ⁽ microgramos por metro cúbico). En las normas de emisiones actuales de la UE para automóviles, furgonetas y camiones, y en la próxima norma de emisiones de la UE para maquinaria móvil no vial, se definen mediciones y límites del número de partículas, comúnmente denominados PN , con unidades [#/km] o [#/kWh]. En este caso, PN expresa una cantidad de partículas por unidad de distancia (o trabajo).