粒子数(particle number)是热力学系统中的一个基本参数,常规用字母 N 表示,是该系统中的组成粒子数量[1]。粒子数是与化学势共轭的参数;不同于大多数的物理量,粒子数是一个无因次量。它是一个广泛参数,其重要性是与系统的大小成正比,因此只有使用于封闭系统内才有意义。

一个组成粒子(constituent particle)或组分粒子,是一种在过程复杂的能量的尺度 k·T 上不能破碎的小块,此处的K是波兹曼常数,T是温度。例如,对于一个包含水蒸气与活塞的热力学系统,组成粒子是在系统内水分子的数量。有意义的组成粒子,因而粒子数是与温度相关联的。

粒子数的推定 编辑

粒子数的观念是在理论上考虑的一个主要角色。实务上,主要在化学,给定的热力学系统内的粒子数需要确定,但实际并非能够直接用粒子数来度量。如果材料是均匀的,并且具有已知用摩尔为单位物质的量 n,粒子数N的关系可以被发现为:

N = nNA,

此处NA亚佛加德罗常数[1]

粒子数密度 编辑

相关的内含系统参数给出的是粒子数密度,得到的是系统的粒子数除以体积。这个参数通常以小写的字母n表示。

在量子力学 编辑

量子力学过程中,粒子的总数可能不会保留。观念因此推广到粒子数运算子,那就是观察粒子成分进行计数[2]。在量子场论,粒子数算子(见佛克态)与传统的波(见相干态)是相位共轭。

在空气质量 编辑

空气污染的测量上使用的一项措施是悬浮粒子的大气浓度。这项措施有时也称为粒子数,但是它的表示通常是μg/m3 (微克每立方米)。

参考资料 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Benenson, Walter; Harris, John; Stöcker, Horst. Handbook of Physics. Springer. 2002. ISBN 0-387-95269-1. 
  2. ^ Schumacher, Benjamin; Westmoreland, Michael. Quantum Processes, Systems, and Information. Cambridge University Press. 2010.