Pokud splynou dvě makroskopické kapky vody, teplota se prakticky nezmění. U velmi malých kapek to však neplatí. Vypočtěte změnu teploty po splynutí dvou kapek vody po 250 molekulách. Simulujte ten samý jev s modelem SPC/E.

K simulaci použijte cookcelc.
Paralelní verze (cookcelcP1) zde není příliš výhodná.

=============== Příprava ===============

----- Připravte soubor SPCE.che s tímto obsahem: ------
water SPC/E water model
parameter_set = sea
Hp0.4238 Hp0.4238
    \    /
     On.8476
-----------------------------------------------------
a vygenerujte silové pole takto:
   blend -o voda -h SPCE

=============== Výroba jedné kapky  ===============

Vhodný definiční soubor (AA = Å)
------------------ drop.def -----------------
n=250
N[0]=n                ! pocet molekul vody SPC/E
rho=100               ! referencni hustota [kg/m3] (1/10 boxu bude kapka)
cutoff=14             ! elst cutoff [AA]
LJcutoff=cutoff       ! LJ cutoff   [AA]
noint=6 h=0.01/noint  ! pocet kroku/cyklus a delka kroku [ps]
dt.plb=1              ! jak casto se bude zapisovat "playback" [ps]
dt.prt=1              ! jak casto se bude zapisovat radek protokolu
thermostat="Berendsen"! frikcni termostat
T=273                 ! teplota [K]
tau.T=0.5             ! casova konstanta termostatu [ps]
;
-------------------------------------------------

------------------ drop.get -----------------
init="crystal"   ! pravidelna mriz
center.K[0]=1    ! pritazliva sila ke stredu boxu v ose x
center.K[1]=1
center.K[2]=1
no=500;
center.K[0]=0    ! vynulovat silu
center.K[1]=0
center.K[2]=0
no=1000;
--------------------------------------------

Simulace:
- výpočet na vlastním linuxu:
  cookcelc voda drop
- výpočet na klastru
  jsub -n JOBNAME cookcelc voda drop

Prohlédnout kapku:
- pomocí Midnight Commanderu poklepáním na soubor drop.plb
- z příkazového řádku:
  show drop.plb

Prohlédnout relaxaci (hlavne koncovou teplotu):
- pomocí Midnight Commanderu poklepáním na soubor drop.cp
- z příkazového řádku (-b100 znamená blokování dat po 100 cyklech, což je zde 1 ps):
  showcp -p -i -b100 drop.cp

============== Dvě kapky =============

Vypočtěte vzájemnou rychlost kapek tak, aby:
- kinetická energie byla malá ve srovnání s povrchovou
- obě kapky urazily vzájemnou vzdálenost (cca 10 Å) za snesitelnou dobu simulace
Rychlost v Å/ps (Å=AA=Ångström) dosadíte do drop2.get

Zkopírovat
  cp drop.cfg drop2.cfg
  cp drop.def drop2.def

------ opravit drop2.def -------
zvětšit N[0] dvakrát (n nechat - bude potřeba) takto:
  N[0]=n*2

---------- drop2.get ---------------
init="start"
load.n[0]=2         ! pomnozi dvakrat ve smeru x (v pripade restartu zrusit)
nshift=-n           ! polovina molekul vpravo, polovina vlevo
vshift[0]=DOPLNIT   ! zmena rychlosti (obe kapky se budou priblizovat), [AA/ps]
shift[0]=5          ! o neco priblizit obe kapky [AA]
thermostat=0        ! NVE simulace - zachovava se celkova energie (viz .cp sloupec 1)
no=10000;           ! 100 = 1 ps, nastavit podle rychlosti kapek .. a pocitace
-------------------------------------

=============== Vizualizace ==============

Pro obarvení obou kapek jinak lze provést příkaz:
   molcfg -250:a%03d SPCE -250:b%03d SPCE drop2
a pak zobrazit takto (Y=Yellow, C=Cyan)
   show drop2 -Ya -Cb

=============== Teoretická hodnota ==============

K termodynamickému výpočtu ΔT potřebujete hustotu vody, tepelnou kapacitu vody a povrchovou entalpii ("total surface energy"), pro kterou platí:
   η = γ + T σ = γ − T ∂γ/∂T
kde γ je povrchové napětí a σ = -∂γ/∂T je povrchová entropie (vzpomeňte si na dG = −S dT + V dp a G = H − TS).
V tabulkách nejspíš najdete jen γ pro různé teploty. Spočtěte derivaci graficky či numericky. Vypočtěte z počtu molekul velikost kapek (předpokládejte dokonalou kouli) před a po spojení a změnu povrchu. Z entalpické bilance spočtete ΔT.