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Moleküldynamik - Einführung

Moleküldynamik: Startwerte

Zu Beginn einer Moleküldynamik-Simulation müssen die Startkonformation, die Starttemperatur und die Größe des Zeitintervalls festgelegt werden.

  • Die Startkonformation erhält man aus experimentellen Ergebnissen, theoretischen Berechnungen (z.B. eine Geometrieoptimierung mit dem molekülmechanischen Modell) oder aus einer Kombination von beidem.
  • Das Zeitintervall legt man nach Art der möglichen Bewegungen fest, üblich ist eine Femtosekunde.
  • Aus der Temperatur kann man die Startgeschwindigkeiten für den Leapfrog-Algorithmus berechnen.

Eine Grundannahme der kinetischen Gastheorie ist, dass nicht alle Teilchen eines Gases die gleiche Geschwindigkeit haben. Die Geschwindigkeiten gehorchen einer Gauß-Verteilung, die durch die Maxwell-Boltzmann-Gleichung beschrieben wird.

Auch die Geschwindigkeiten der Atome eines Moleküls sind durch die Maxwell-Boltzmann-Gleichung beschrieben. Diese lautet für die Wahrscheinlichkeit p(vix), dass das Atom i mit der Masse mi die Geschwindigkeit vix in x-Richtung bei der Temperatur T hat:

Die Verteilung ist eine Gauß-Verteilung. Bei höheren Temperaturen sinkt das Maximum der Gauß-Kurve, der Bereich wird aber größer, die Kurve wird also bei höheren Temperaturen gestaucht.

Abb.1
Geschwindigkeitsverteilung bei verschiedenen Temperaturen

Mit einem Zufallsgenerator werden die Geschwindigkeiten erzeugt und anschließend an die Maxwell-Boltzmann-Verteilung für die vorgegebene Temperatur angepasst.

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