Molekulární simulace - NUFY068

• Anglický název: Molecular Simulations
• Zajišťuje: Katedra didaktiky fyziky (32-KDF)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2008 do 2016
• Semestr: oba
• E-Kredity: 3
• Rozsah, examinace: 1/1, Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Učitelství fyziky

Anotace

čeština

Poslední úprava: POSPISIL/MFF.CUNI.CZ (04.04.2008)

Přednáška navazuje na základní kurs fyziky kondenzované fáze. Cílem je prezentovat posluchačům učitelství nový trend ve studiu struktury a vlastností látek, aplikovatelný ve vývoji nových materiálů. Obsahem jsou teoretické základy molekulárních simulací s využitím empirických potenciálů - molekulární mechaniky a molekulární dynamiky. Na praktických příkladech jsou molekulární simulace procvičovány s využitím výkonné grafiky a programového systému Cerius2 a Material Studio. Z důvodů omezené kapacity laboratoře probíhá výuka v obou semestrech, student si zapíše jeden z nich. Určeno pro navazující magisterské studium UVVP MF/SŠ.

angličtina

Poslední úprava: POSPISIL/MFF.CUNI.CZ (04.04.2008)

Lecture is based on knowledge of solid physics. The aim is to show new trends in structure analysis and describe properties in design of new perspective materials. Theoretical basis of molecular simulations with empirical potentials i.e. molecular mechanics and molecular dynamics is presented. Practical exercises are done in the Cerius2 and Material Studio modelling environment.

Cíl předmětu

Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)

Seznámení posluchačů s nejnovějšími metodami a postupy pří vývoji nových materiálů s požadovanými vlastnostmi.

Literatura

Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)

P. Comba, T.W. Hambley: Molecular Modeling of Inorganic Compouds, VCH, 1995, Weinheim.

W. Gans, A. Amann, J. C. A. Boeyens: Fundamental Principles of Molecular Modeling, Plenum Press, 1996, New York.

M. A. C. Nascimento ed.: The Chemistry of the XXI Century - Molecular Modeling, World Scientific Publishing, 1994, Singapore.

C.R.A. Catlow, A.M. Stoneham and Sir J. M. Thomas eds.: New methods for modelling processes within solids and at their surfaces, Oxford science publications, 1993, Cambridge

Vassilios Galiatsatos ed.: Molecular simulation methods for predicting polymer properties, Wiley, 2005, New Jersey.

Metody výuky

Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (03.10.2017)

Přednáška (1h) a cvičení (1h)

Sylabus

čeština

Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)

Úloha molekulárních simulací pro pochopení vztahů struktury a vlastností látek. Molekulární mechanika a molekulární dynamika. Oblasti využití molekulárních simulací ve fyzice, chemii a materiálovém výzkumu. Vizualizace krystalových struktur pomocí výkonné grafiky a programovéhl systému Cerius, demonstrace vztahu struktury a vlastností na vybraných příkladech. Demonstrace vztahu typu struktur, jejich symetrie a tvaru difraktogramů. Molekulární mechanika: Popis energie molekulárních systémů a krystalů pomocí empirických silových polí. Vazební energie v harmonické aproximaci. Anharmonicita potenciálů. Úhlové vazební členy, deformace vazebních úhlů, torzní členy. Nevazební interakce, van der Waals - typy VDW potenciálů, vodíková vazba, elektrostatické interakce, metody výpočtu nábojů, Ewaldova sumace. Strategie modelování: Stavba a parametrizace modelů. Sestavení výrazu pro energii - nalezení vhodné aproximace. Základní typy silových polí pro molekulární simulace. Volba silových polí. Strategie minimalizace. Úloha experimentu při tvorbě strategie modelování a při ověření výsledků modelování, vibrační spektroskopie a rtg difrakce jako komplementární metody komplexní strukturní analýzy. Interpretace výsledků molekulárně mechanických simulací. Praktické příklady molekulárně mechanických simulací při studiu struktur a vazeb. Molekulární dynamika: Deterministická molekulární dynamika, integrace Newtonových rovnic, stochastické metody (Monte Carlo) v molekulární dynamice, generování statistických souborů, kontrola teploty v molekulární dynamice. Strategie molekulárně dynamických simulací. Studium dynamických dějů - sorpce, difuze, fázových přechodů.

angličtina

Poslední úprava: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D. (27.04.2023)

Molecular simulations describing structure-properties relationship and including molecular mechanics and molecular dynamics. Various branches of molecular simulations can be applied in physics, chemistry and material design. Crystal structures are visualized in Cerius2 and Material Studio modelling environment.

Molecular mechanics: molecular systems and crystal energy description on the base of empirical force fields. Bond energy in harmonic approximation. Inharmonic potential. Angles bond, torsion, inversion terms. Nonbond interactions: van der Walls, Coulomb, Hydrogen bond. Ewald summation.

Modeling strategy: Building of initial models, suitable energy approximation, choice of empirical force field, minimization strategy. The role of experiments in creation of modeling strategy and results verification. Infrared spectroscopy, X-ray diffraction as complementary methods in the complex structure analysis. The molecular simulation results interpretation. Practical examples of molecular modeling are applied on various structures and bond geometries.

Molecular dynamics: Deterministic molecular dynamics, Newton equation integration, stochastic methods (Monte Carlo) in molecular dynamics, statistic ensembles, temperature and pressure control, dynamics strategies.

Study of dynamic processes: sorption, diffusion, absorption, intercalation, phase transition...