थर्मोस्टेट और सांख्यिकीय समूह
शुद्ध न्यूटोनियन आणविक गतिकी ऊर्जा का संरक्षण करती है और सूक्ष्म-कैनोनिकल समूह का नमूना लेती है, लेकिन वास्तविक प्रयोगों में तापमान और दबाव स्थिर रखा जाता है, इसलिए वांछित सांख्यिकीय समूह का अनुकरण करने के लिए सिमुलेशन में थर्मोस्टेट और बैरोस्टेट जोड़े जाते हैं।
Definition
थर्मोस्टेट एक एल्गोरिथम है जो आणविक गतिकी से जुड़ा होता है जो सिस्टम के तापमान को नियंत्रित करता है ताकि समय के औसत एक चुने हुए सांख्यिकीय समूह का नमूना लें; एक बैरोस्टेट दबाव के लिए भी यही करता है।
Scope
यह विषय आणविक गतिकी में तापमान और दबाव को नियंत्रित करने वाली विधियों को शामिल करता है: वेग का पुनः स्केलिंग और स्टोकेस्टिक थर्मोस्टेट, नियतात्मक नोज-हूवर थर्मोस्टेट और इसकी श्रृंखलाएं, और स्थिर-दबाव सिमुलेशन के लिए बैरोस्टेट, साथ ही वे समूह, सूक्ष्म-कैनोनिकल, कैनोनिकल और समतापी-समदाबी, जिन्हें वे साकार करते हैं।
Core questions
- थर्मोस्टेट जोड़ने से सूक्ष्म-कैनोनिकल गतिकी कैनोनिकल नमूने में कैसे बदल जाती है?
- सही समूहों के लिए साधारण वेग पुनः स्केलिंग की तुलना में नोज-हूवर थर्मोस्टेट को क्यों पसंद किया जाता है?
- बैरोस्टेट स्थिर दबाव पर सिमुलेशन बॉक्स को कैसे उतार-चढ़ाव करने की अनुमति देते हैं?
- यदि बहुत मजबूती से लागू किया जाए तो थर्मोस्टेट गतिशील गुणों को कैसे विकृत कर सकता है?
Key theories
- कैनोनिकल नमूनाकरण और थर्मोस्टेट
- सिस्टम को ऊष्मा स्नान से जोड़ना, स्टोकेस्टिक टकराव या पुनः स्केलिंग द्वारा, समय-औसत गतिज ऊर्जा को लक्ष्य तापमान तक ले जाता है ताकि प्रक्षेपवक्र निश्चित ऊर्जा के बजाय कैनोनिकल समूह का नमूना ले।
- नोज-हूवर गतिकी
- नोज-हूवर थर्मोस्टेट ऊष्मा स्नान का प्रतिनिधित्व करने वाला एक अतिरिक्त गतिशील चर प्रस्तुत करता है, जो नियतात्मक, समय-उत्क्रमणीय समीकरण देता है जिसका प्रक्षेपवक्र सिद्ध रूप से कैनोनिकल वितरण का नमूना लेता है।
- बैरोस्टेट और समतापी-समदाबी समूह
- बैरोस्टेट दबाव स्नान से जुड़कर सिमुलेशन आयतन को उतार-चढ़ाव करने देते हैं, ताकि, थर्मोस्टेट के साथ मिलकर, गतिकी विशिष्ट प्रयोगों के स्थिर-तापमान, स्थिर-दबाव समूह का नमूना ले।
Clinical relevance
सही समूह नियंत्रण प्रायोगिक रूप से प्रासंगिक परिस्थितियों में मुक्त ऊर्जा, चरण व्यवहार और प्रतिक्रिया गुणों की गणना के लिए आवश्यक है, और सामग्री, सॉफ्ट-मैटर और बायोमोलेक्यूलर सिमुलेशन में यह एक मानक अभ्यास है।
History
स्थिर-तापमान आणविक गतिकी का विकास 1980 के दशक में हुआ, जिसमें एंडरसन के स्टोकेस्टिक थर्मोस्टेट और बैरोस्टेट, 1984 में नोज के विस्तारित-प्रणाली सूत्रीकरण और 1985 में हूवर के पुनर्गठन ने कैनोनिकल नमूने के लिए अब-मानक नियतात्मक मार्ग प्रदान किया।
Debates
- नियतात्मक थर्मोस्टेट की एर्गोडिसिटी
- छोटे या कठोर प्रणालियों के लिए एकल नोज-हूवर थर्मोस्टेट एर्गोडिक होने में विफल हो सकते हैं, जिससे गलत वितरण का नमूना लिया जा सकता है; इस समस्या को हल करने के लिए थर्मोस्टेट श्रृंखलाएं और स्टोकेस्टिक विकल्प पेश किए गए थे, और सबसे अच्छा विकल्प प्रणाली-निर्भर रहता है।
Key figures
- Shuichi Nose
- William G. Hoover
- Hans Andersen
Related topics
Seminal works
- nose1984
- hoover1985
Frequently asked questions
- तापमान को ठीक करने के लिए केवल वेगों को पुनः स्केल क्यों नहीं किया जाता है?
- सरल वेग पुनः स्केलिंग गतिज ऊर्जा को स्थिर रखती है लेकिन उचित कैनोनिकल उतार-चढ़ाव को पुनरुत्पादित नहीं करती है, इसलिए यह गलत समूह का नमूना लेती है। नोज-हूवर या स्टोकेस्टिक थर्मोस्टेट जैसी विधियाँ औसत को लक्ष्य पर रखते हुए सही तापमान उतार-चढ़ाव की अनुमति देती हैं।
- क्या थर्मोस्टेट अध्ययन की जा रही गतिकी को प्रभावित कर सकता है?
- हाँ। एक दृढ़ता से युग्मित थर्मोस्टेट प्राकृतिक गति को बाधित करता है और परिवहन गुणों को पक्षपाती कर सकता है, इसलिए जब सटीक गतिकी की आवश्यकता होती है तो कमजोर युग्मन या केवल संतुलन को नियंत्रित करने के लिए लागू थर्मोस्टेट का उपयोग किया जाता है।