Об одном алгоритме расчета движений молекул двухатомных газов

Abstract

Рассматривается проблема моделирования свойств двухатомных газов методами молекулярной динамики. Подобные исследования являются традиционными для физики вещества. В настоящее время наблюдается повышенный интерес к данной проблеме в связи с развитием нанотехнологий и их внедрением в различные отрасли промышленности. В предлагаемой работе рассмотрен вопрос об уточнении исходной классической модели динамики Ньютона. В частности, обсуждается методика учета дополнительных степеней свободы, характеризующих вращательные движения двухатомных молекул. Это связано с необходимостью корректного вычисления теплоемкости. Для решения данной задачи предложено добавить в модель молекулярной динамики уравнения для моментов импульса и вращательных скоростей молекул. Для такой расширенной постановки разработан специальный численный алгоритм, обобщающий схему Верле. На основе предложенного алгоритма разработана расчетная программа. С ее помощью вычислена кривая теплоемкости для азота в диапазоне температур 100-400 К при давлении 1 атм. Полученные расчетные данные согласуются с известными данными из справочников.