आणविक गतिकी
आणविक गतिकी परमाणुओं द्वारा पदार्थ का अनुकरण करती है, अंतरपरमाण्विक बलों के तहत न्यूटन के गति के समीकरणों को एकीकृत करती है ताकि यह देखा जा सके कि तरल पदार्थ, ठोस और बायोमोलेक्यूल्स कैसे विकसित होते हैं और उनके थर्मोडायनामिक और परिवहन गुणों की गणना की जा सके।
Definition
आणविक गतिकी एक सिमुलेशन विधि है जो परस्पर क्रिया करने वाले कणों की एक प्रणाली के प्रक्षेपवक्र की गणना उनके शास्त्रीय गति के समीकरणों को संख्यात्मक रूप से एकीकृत करके करती है, जिससे संतुलन और गतिशील गुण समय औसत के रूप में प्राप्त होते हैं।
Scope
यह क्षेत्र शास्त्रीय आणविक गतिकी को शामिल करता है: सिम्पलेक्टिक इंटीग्रेटर्स के साथ गति के समीकरणों का समय एकीकरण, अंतरपरमाण्विक क्षमताएं और बल क्षेत्र जो बलों की आपूर्ति करते हैं, थर्मोस्टेट और बैरोस्टेट जो सांख्यिकीय एन्सेम्बल को साकार करते हैं, और आणविक सिमुलेशन के लिए निकट से संबंधित मोंटे कार्लो दृष्टिकोण। यह किसी एक अनुप्रयोग डोमेन के बजाय विधि पर केंद्रित है।
Sub-topics
Core questions
- न्यूटन के समीकरणों को कई परस्पर क्रिया करने वाले परमाणुओं के लिए लंबे समय तक कैसे स्थिर रूप से एकीकृत किया जाता है?
- सरल युग्म विभव से लेकर विस्तृत बल क्षेत्रों तक, अंतरपरमाण्विक बलों को कैसे प्रतिरूपित किया जाता है?
- एक चुने हुए सांख्यिकीय एन्सेम्बल का अनुकरण करने के लिए तापमान और दबाव को कैसे नियंत्रित किया जाता है?
- एक सिम्युलेटेड प्रक्षेपवक्र से थर्मोडायनामिक और परिवहन गुणों को कैसे निकाला जाता है?
Key theories
- प्रक्षेपवक्र एकीकरण
- आणविक गतिकी वेग वर्लेट एल्गोरिथम जैसे समय-उत्क्रमणीय सिम्पलेक्टिक इंटीग्रेटर्स के साथ स्थिति और वेग को आगे बढ़ाती है, जो एक छाया ऊर्जा को संरक्षित करते हैं और लंबे सिमुलेशन को स्थिर रखते हैं।
- बल क्षेत्र और विभव
- बल अंतरपरमाण्विक स्थितिज ऊर्जा कार्यों से प्राप्त होते हैं, जो साधारण तरल पदार्थों के लिए लेनार्ड-जोन्स युग्म विभव से लेकर अणुओं के लिए कई-पद बल क्षेत्रों तक होते हैं, जिनकी सटीकता सिमुलेशन की यथार्थता को निर्धारित करती है।
- थर्मोस्टेट और बैरोस्टेट के माध्यम से एन्सेम्बल
- सिस्टम को थर्मोस्टेट और बैरोस्टेट से जोड़ना गतिकी को संशोधित करता है ताकि समय औसत केवल न्यूटोनियन गतिकी के माइक्रोकेनोनीकल एन्सेम्बल के बजाय कैनोनिकल या आइसोथर्मल-आइसोबारिक एन्सेम्बल का नमूना लें।
Clinical relevance
आणविक गतिकी तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों के प्रसार गुणांक, श्यानता, चरण व्यवहार और मुक्त ऊर्जा की गणना करती है, और सामग्री विज्ञान, सॉफ्ट-मैटर भौतिकी और प्रोटीन और झिल्ली के बायोमोलेक्यूलर मॉडलिंग में एक केंद्रीय उपकरण है।
History
आणविक गतिकी 1950 के दशक के अंत में एल्डर और वेनराइट के हार्ड-स्फीयर सिमुलेशन और 1964 में रहमान के निरंतर क्षमता वाले तरल आर्गन के सिमुलेशन के साथ शुरू हुई; तेज़ कंप्यूटरों और बेहतर बल क्षेत्रों ने इसे कुछ सौ परमाणुओं से लाखों तक और साधारण तरल पदार्थों से बायोमोलेक्यूल्स तक विस्तारित किया।
Key figures
- Aneesur Rahman
- Berni Alder
- Daan Frenkel
- Michael P. Allen
Related topics
Seminal works
- rahman1964
- frenkel2002
Frequently asked questions
- आणविक गतिकी मोंटे कार्लो सिमुलेशन से कैसे भिन्न है?
- आणविक गतिकी गति के समीकरणों को एकीकृत करके सिस्टम के वास्तविक समय के प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करती है, इसलिए यह प्रसार जैसे गतिशील गुण देती है। मोंटे कार्लो इसके बजाय विन्यास को स्टोकेस्टिक रूप से नमूना करता है और संतुलन औसत देता है लेकिन कोई वास्तविक समय विकास नहीं।
- सिमुलेशन समय-मान इतने कम क्यों होते हैं?
- स्थिर एकीकरण के लिए तीव्र परमाणु कंपन को हल करने के लिए लगभग एक फेमटोसेकंड के समय चरणों की आवश्यकता होती है, इसलिए लाखों चरण भी केवल नैनोसेकंड से माइक्रोसेकंड तक कवर करते हैं, यही कारण है कि लंबी जैविक या भौतिक प्रक्रियाओं से जुड़ना एक सतत चुनौती है।