justify"> · Дослідження структурних властивостей води при швидкому переохолодженні;
· Розробка алгоритмів по знаходження (обчисленню) поверхневого натягу та поверхневої ентропії.
Глава I. Методи і підходи до визначення поверхневого натягу
§ 1.1 Поверхневий натяг
Згідно термодинамическому визначенням, поверхневий натяг - термодинамічна характеристика поверхні розділу двох що у рівновазі фаз, обумовлена ??роботою оборотного ізотермокінетіческого освіти одиниці площі цієї поверхні розділу за умови, що температура, об'єм системи та хімічні потенціали всіх компонентів в обох фазах залишаються постійними. Грунтуючись на методах статистичної фізики, Фаулер в роботі [1] запропонував формулу, що зв'язує поверхневий натяг і потенціал міжмолекулярної взаємодії
(1.1.1)
тут? l - щільність рідини, g (r) - радіальна функція розподілу часток і? (r) - потенціал межчастичного взаємодії.
Рис. 1.1.1. Схематичне зображення компонент тензора напружень поблизу поверхні розділу фаз
Дана формула задовільно працює при низьких температурах, але поблизу критичної точки тут спостерігаються значні похибки. Перші спроби висловити поверхневий натяг у величинах потенціалу межчастичного взаємодії та радіальної функції розподілу часток були виконані в роботі [2] Кірквуд і бафом. Вони вирахували тензор напруги в області поблизу поверхні розділу і отримали вирази для компонент тензора напружень PT і PN. Відповідно до їх теорією нормальна складова тензора напружень визначається тиском пари
(1.1.2)
Тангенціальна компонента тензора напружень виражається наступним чином
. (1.1.3)
Тоді поверхневий натяг буде визначатися як
(1.1.4)
тут
(1.1.5)
або в межі при, отримаємо
. (1.1.6)
1.2 Метод пробної поверхні
Нещодавно в роботі [3] було запропоновано новий метод визначення поверхневого натягу - Test-Area Method (Метод пробної поверхні). Відповідно до цього підходу вираз для поверхневого натягу приймає вид
. (1.2.1)
У даній роботі було обчислено поверхневий натяг для різних моделей води (Tip3P, SPC, SPC / E, Tip4P, і для нового покоління моделей, подібних Tip4P, Tip4P/Ew, Tip4P/Ice, Tip4P/2005 ). Використовувалося термодинамічна напрямок, запропоноване Глура [3]. Згідно з ним для визначення поверхневого натягу оцінювалося зміна вільної енергії за рахунок невеликої зміни міжфазної області при постійному обсязі. Значення поверхневого натягу, отримані даним методом, відповідають даним, отриманим стандартним механічним напрямком, заснованим на оцінці компонент тензора тиску.
У даному підході розглядається площину, що складається з 1024 частинок води, укладена між двома порожніми областями. Моделювання виконувалося при постійній температурі і об'ємі в орторомбічної осередку (30,30,100). За допомогою пакета GROMACS (версія 3.3) були отримані компоненти тензора тиску, за допомогою яких було обчислено поверхневий натяг.
У таблиці 1.2.1 представлені значення поверхневого натягу, отримані методом моделювання для різних моделей...
