応用物理学実験II

実験課題

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。

（「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」）を実行
を選択（「状態設定」-「NPT」）
（「システム」-「シミュレーション詳細設定」）を開く
- ステップタブの「シミュレーションの一時停止」のチェックを外す
- システムサイズタブの「数密度」を1.0に設定
（「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
（「シミュレーション」-「実行」）でシミュレーションを実行
「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。

（「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」）を実行
（「状態設定」-「理想気体」）で相互作用を理想気体にする
「温度・圧力設定」を開いて設定温度を86(K)にする
（「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 k_B 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）
設定温度を300(K)にして 4 を行う。
（「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。
（「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。

（「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」）を実行
（「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/k_B)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。
（「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」）を実行
（「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。

（「設定」-「全ての設定を規定値に戻す」）を実行
「温度・圧力設定」を開いて設定温度を86(K)にする
（「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。
「温度・圧力設定」を開いて設定温度を150(K)にして 3 を行う。
「温度・圧力設定」を開いて設定温度を300(K)にして 3 を行う。
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 k_B は1.38×10^-23 (J/K)である。