Nombre de particules

En thermodynamique , le nombre de particules (symbole N ) d'un système thermodynamique est le nombre de particules constitutives de ce système. propriété thermodynamique fondamentale qui est conjuguée au potentiel chimique . Contrairement à la plupart des quantités physiques , le nombre de particules est une quantité sans dimension , plus précisément une quantité dénombrable . C'est une propriété extensive , car elle est directement proportionnelle à la taille du système considéré et n'a donc de sens que pour les systèmes fermés .

Une particule constitutive est une particule qui ne peut pas être décomposée en morceaux plus petits à l'échelle de l'énergie k·T impliquée dans le processus (où k est la constante de Boltzmann et T la température ). Par exemple, dans un système thermodynamique constitué d'un piston contenant de la vapeur d'eau , le nombre de particules est le nombre de molécules d'eau dans le système. La signification des particules constitutives, et donc du nombre de particules, dépend donc de la température.

Le concept de nombre de particules joue un rôle majeur dans les considérations théoriques . Dans les situations où le nombre réel de particules d'un système thermodynamique donné doit être déterminé, principalement en chimie , il n'est pratiquement pas possible de le mesurer directement en comptant les particules. Si le matériau est homogène et contient une quantité connue de substance n exprimée en moles , le nombre de particules N peut être trouvé par la relation : , où N _A est la constante d'Avogadro .

Un paramètre système intensif associé est la densité numérique des particules (ou concentration numérique des particules PNC), une quantité de type densité numérique volumétrique obtenue en divisant le nombre de particules d'un système par son volume . Ce paramètre est souvent désigné par la lettre minuscule n .

Dans les processus de mécanique quantique , le nombre total de particules peut ne pas être conservé. Le concept est donc généralisé à l' opérateur du nombre de particules , c'est-à-dire à l' observable qui compte le nombre de particules constitutives. En théorie quantique des champs , l'opérateur du nombre de particules (voir État de Fock ) est conjugué à la phase de l' onde classique (voir État cohérent ).

L'une des mesures de la pollution de l'air utilisées dans les normes de qualité de l'air est la concentration atmosphérique de particules . Cette mesure est généralement exprimée en μg/m3 ⁽ microgrammes par mètre cube). Dans les normes d'émission actuelles de l'UE pour les voitures, les camionnettes et les camions et dans la future norme d'émission de l'UE pour les engins mobiles non routiers, des mesures et des limites du nombre de particules sont définies, communément appelées PN , avec des unités [#/km] ou [#/kWh]. Dans ce cas, PN exprime une quantité de particules par unité de distance (ou de travail).