Molekulární modelování a simulace (TUL) (English version)

Toto jsou materiály pro distanční výuku MMSe v období koranovirové epidemie

• K úspěšnému ukončení kurzu je nutno studovat dle níže uvedených instrukcí a včas odevzdávat domácí úkoly; domácí úkoly jsou formou konzultace a případné chyby nemají vliv na konečnou známku, pokud ovšem pošlete opravenou verzi. Původní forma výuky (tj. i referáty) se ruší. Forma zkoušky bude záviset na možnostech daných karanténou.
• Skripta (pokrývají o něco víc, než je požadováno): tisk oboustranně / na obrazovku
• Příklady pro domácí úkoly.

00 Úvod

• Prezentace

01 Statistická termodynamika

• Prezentace
• Dokončení přednášek (videa):
  • Entropie
  • Maxwellovo–Boltzmannovo rozdělení rychlostí
  • Partiční funkce
• Úkoly do 20.03.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kapitoly 2.3 a 2.4 a/nebo poslechnout si přednášky (videa)
  • Spočítat si Λ helia podle str. 30 prezentace. Pokud vám to nevyjde, ozvěte se.
  • Spočítat příklady 1 a 6 a poslat mi je e-mailem na jiri.kolafa(zavináč)vscht.cz. Můžete počítat na papíře a ofotit mobilem, soubor přejmenujte tak, aby obsahoval vaše jméno, např. Novak-6.jpg.

02 Silové pole a další modely

• Prezentace
• Videa přednášek:
  • Silové pole
  • Vnější síly a Isingův model
• Úkoly do 25.03.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kapitoly 3 a 4 a/nebo poslechnout si videa přednášek.
  • Spočítat příklad 5 a poslat mi řešení.

03 Molekulová dynamika

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Molekulová dynamika
  • Bonus: leap-frog

04 Dokončení MD, termostaty

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Gear+termostaty
• Úkoly do 01.04.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kapitoly 5.1.1, 5.2, 5.3, 5.4.
  • Instalovat si SIMOLANT a vyzkoušet si termostaty a zachování energie podle přednášky.

05 Monte Carlo

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Monte Carlo
  • Buffonova jehla (YouTube)
• Úkoly do 06.04.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kapitoly 6.1 a 6.2, z kapitoly 6.3 jen algoritmus za rovnicí (6.16) a oddíly 6.3.2 a 6.3.3.

06 Metodika simulace

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Metodika simulace
• Úkoly do 08.04.2020:
  • Ve skriptech prostudovat začátek kapitoly 7 bez odvození korelačního času a dalších detailů.
  • Vypočítat si příklad s kapkou argonu (slajdu 8 prezentace). Nemusíte jej odevzdávat, ale počítejte s tím, že něco podobného bude v písemce. Pokud byste měli nejasnosti, samozřejmě se můžete ozvat.
  • Vypočítat příklady 8 a 9 (Uncertainties) a vyřešené poslat e-mailem na jiri.kolafa(zavináč)vscht.cz.
    Návod k příkladům:
    8. Uvědomte si, že nejistota je úměrná t^−1/2, kde t je čas simulace (nebo počet MC kroků).
       Dále zadaných ±0.001 g/cm³ je pro 95% hladinu významnosti, tedy je to 2σ.
    9. Počítáte numericky derivaci. Napište si vzorec pro výpočet (průměrné) tepelné kapacity ze zadaných dat. Nezapomeňte se poprat s převodem veličiny dané na 1000 molekul na molární veličinu. Vypočtěte jak tepelnou kapacity tak odhad nejistoty – ve druhém případě sčítáte dvojmoci chyb vč. koeficientu, kterám se znásobí; výsledek se pak odmocní. Nakonec převeďte na specifickou tepelnou kapacitu (tj. na 1 g).

07 Mechanické a entropické veličiny

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Mechanické veličiny
  • Entropické veličiny
• Úkoly do 11.04.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kap. 7.2 a 7.3 bez viriálu sil a metody lokální hustoty/koncentrace.

08 Strukturní veličiny

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Strukturní veličiny
• Úkoly do 15.04.2020:
  • Ve skriptech prostudovat kap. 7.4.
  • Podle návodu na poslední stránce prezentace se v programu SIMOLANT podívat na RDF různých systémů.
  • Spočítat poměr r₂/r₁, kde r_i je vzdálenost i-tých nejbližších sousedů v ideální 2D hexagonální krystalové mřížce. Výpočet r₂/r₁ poslat e-mailem.

09 Dosah potenciálu a Ewaldova sumace

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Dosah potenciálu a Ewald
• Tato kapitola není pokryta ve skriptech. Více informací naleznete zde, ale tato skripta jsou pro vás příliš podrobná.

10 Ukázky počítačových experimentů.

• Prezentace (jen slajdy 8–10)
• Video přednášky:
  • Stanovení bodu tání modelu NaCl
  • Struktura vody kolem kulatého rozpuštěnce

11 Návod k laboratorní práci.

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Simulační ověření Clausiovy–Clapeyronovy rovnice
• Úkoly:
  Toto je vaše „laboratorní“ práce. Podle návodu vypočtete výparnou entalpii modelu 2D kapaliny z Clausiovy–Clapeyronovy rovnice vč. odhadu chyby a porovnáte s výsledkem ze střední hodnoty potenciální energie. E-mailem mi pošlete protokol podobně, jak činíte v pravých laboratořích.

12 Pár dodatků

• Prezentace
• Video přednášky:
  • Pár dodatků
• Úkoly:
  • Ve skriptech prostudovat kap. 5.6 (Dynamika s vazbami).