Interaktive Lennard-Jones Molekulardynamik-Simulation: Beobachten Sie Phasenübergänge, Kristallisation und Gas-Flüssigkeit-Festkörper-Verhalten durch Einstellung von Temperatur und Wechselwirkungsparametern
Das Lennard-Jones-Potential V(r) = 4ε[(σ/r)¹² - (σ/r)⁶] modelliert die Wechselwirkung zwischen neutralen Atomen oder Molekülen. Der r⁻¹²-Term stellt die kurzreichweitige Pauli-Repulsion dar, während der r⁻⁶-Term die langreichweitige van-der-Waals-Anziehung beschreibt. Parameter: ε bestimmt die Potentialtiefe und σ ist der Abstand, bei dem V = 0. Der Gleichgewichtsabstand ist r_min = 2^(1/6)σ ≈ 1.122σ, wo V = -ε.
Bei niedriger Temperatur (T* = kT/ε ≪ 1) ordnen sich die Teilchen in einem hexagonal dichtgepackten Kristallgitter an. Oberhalb des Schmelzpunkts (T* ≈ 0.7) überwindet die thermische Energie die Gitterbindung — flüssige Phase. Bei hoher Temperatur (T* > 2) bewegen sich die Teilchen so schnell, dass die Anziehung kaum noch eine Rolle spielt — Gasphase. Der Tripelpunkt liegt bei T* ≈ 0.694 und der kritische Punkt bei T* ≈ 1.326.
Materialwissenschaft: MD-Simulationen sagen Materialeigenschaften aus ersten Prinzipien voraus. Edelgasphysik: Das LJ-Potential modelliert präzise das Verhalten von Ar, Kr und Xe. Proteinfaltung: Grobkörnige Modelle nutzen LJ-ähnliche Potentiale für hydrophobe Wechselwirkungen. Nanotechnologie: MD-Simulationen entwerfen Nanopartikel und Nanoröhren.
Die Hauptleinwand zeigt eine 2D-MD-Simulation von Lennard-Jones-Teilchen. Teilchen werden nach kinetischer Energie eingefärbt (blau=kalt, rot=heiß). Linien zwischen nahen Teilchen zeigen Nachbarn (Abstand < 1.5σ). Verwenden Sie die Temperatur zur Thermostatsteuerung — niedriges T erzeugt Kristalle, hohes T erzeugt Gas. Beginnen Sie mit der Voreinstellung Kristall.