実験課題

課題1 相転移の確認

NPTアンサンブルのMDシミュレーションを行うことで、 アルゴンの融解や蒸発の相転移を確認する。

  1. (「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」)を実行
  2. を選択(「状態設定」-「NPT」)
  3. (「システム」-「シミュレーション詳細設定」) を開く
  4. (「コントロール」-「温度・圧力設定」) を開き「温度設定」を60(K)にする
  5. (「シミュレーション」-「実行」) でシミュレーションを実行
  6. 温度・圧力設定」 を開いて設定温度を10(K)ずつ上昇させ、密度変化を見る

シミュレーションの途中で密度変化が不安定になった場合は (「コントロール」-「速度再設定」) で速度の再設定を行うこと。

課題2 圧縮率因子

  1. (「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」)を実行
  2. (「状態設定」-「理想気体」)で相互作用を理想気体にする
  3. 温度・圧力設定」 を開いて設定温度を86(K)にする
  4. (「システム」-「シミュレーション詳細設定」) を開き「システムサイズ」タブの 「数密度」を 0.01, 0.1, 0.3, 0.5に設定し、 それぞれの条件でシミュレーションを実行する
    ひとつのシミュレーションが終了したら 「右クリックメニュー」 からデータを保存し、1000-2000ステップでの圧力(P)と体積(V)の平均値を計算し、 圧縮率因子Zを求める。
    粒子数は「システムサイズ」 タブの「粒子数」にある掛け算の値(デフォルトでは256)であり、 ボルツマン定数 kB は1.38×10-23 (J/K)である。 (Excelでボルツマン定数を入力するときは1.38e-23とする)
  5. 設定温度を300(K)にして 4 を行う。
  6. (「状態設定」-「ソフトコア」) で相互作用をソフトコアにして 3-5 を行う。
  7. (「状態設定」-「レナードジョーンズ」) で相互作用をレナードジョーンズにして 3-5 を行う。

課題3 ポテンシャルパラメータ依存性

  1. (「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」)を実行
  2. (「システム」-「シミュレーション詳細設定」) を開き「パラメータ」タブの LJ εのT(=ε/kB)を100, 120, 140, 160に設定し、 それぞれの条件でシミュレーションを実行する
    ひとつのシミュレーションが終了したら 「右クリックメニュー」 からデータを保存し、1000-2000ステップでのポテンシャルエネルギーを求める。
  3. (「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」)を実行
  4. (「システム」-「シミュレーション詳細設定」) を開き「パラメータ」タブの LJ σのsを3.0, 3.2, 3.4, 3.6, 3.8に設定し、 それぞれの条件でシミュレーションを実行する
    ひとつのシミュレーションが終了したら 「右クリックメニュー」 からデータを保存し、1000-2000ステップでのポテンシャルエネルギーを求め、 それらの値や原子配列を参考に液体か固体かを判断する。

課題4 状態方程式

  1. (「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」)を実行
  2. 温度・圧力設定」 を開いて設定温度を86(K)にする
  3. (「システム」-「シミュレーション詳細設定」) を開き「システムサイズ」タブの 「数密度」を 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.0に設定し、 それぞれの条件でシミュレーションを実行する
    ひとつのシミュレーションが終了したら 「右クリックメニュー」 からデータを保存し、1000-2000ステップでの圧力(P)と体積(V)の平均値を計算する。
  4. 温度・圧力設定」 を開いて設定温度を150(K)にして 3 を行う。
  5. 温度・圧力設定」 を開いて設定温度を300(K)にして 3 を行う。
  6. 得られたデータからP-V図を作成し、 理想気体の状態方程式とファンデルワールスの状態方程式と比較する図を作成する。
    理想気体及びファンデルワールスの状態方程式で圧力(P)を計算するときの体積(V)は 1.5×10-26, 2.0×10-26, 2.5×10-26, 5.0×10-26, 10.0×10-26 (m3)とすること。
    ボルツマン定数 kB は1.38×10-23 (J/K)である。