Jiří Kolafa: nabídka bakalářských prací

Molekulární dynamika

Charakteristika

Molekulární dynamika je metoda, kdy na základě molekulárního modelu (viz vpravo) počítáme vývoj malého vzorku látky v čase. K tomu je potřeba znát tzv. silové pole, tedy matematický popis sil, kterými na sebe atomy působí. K výpočtu používáme programové balíky, zde např. MACSIMUS. Výpočty se provádějí na PC klastru, který tak je naším "experimentálním nástrojem". Ty uvozovky by ale v předchozí větě ani neměly být, molekulární simulace mají totiž mnoho společného se skutečným experimentem – přípravu "vzorku", zrovnovážňování systému, měření veličin, hledání, proč ta zatracená vodivost vychází poloviční, než by měla...

Témata

• Molekulární simulace iontových kapalin

  Iontové kapaliny jsou "soli kapalné za normální teploty". Mají nepatrnou tenzi par, jsou nehořlavé, málo jedovaté a slibují mnohostrané použití. Obvykle se skládají z velkého organického kationtu a anorganického nebo organického aniontu. V kádince vypadají podobně jako med nebo glycerin; jak vypadají v počítači, vidíte vpravo.
  V naší laboratoři vyvíjíme silová pole pro RTIL a "měříme" jejich vodivost, viskozitu, povrchové napětí a strukturu povrchu. Strukturu srovnáváme s výsledky moderních spektroskopických experimentů jako jsou SFG, MIES aj.
  Obtížnost: středně těžké

   

• Rovnovážný tvar krystalu

  Učili jste se, že krystaly NaCl jsou krychle? Nebo jste dokonce takové krystaly sami vypěstovali? Přesto nemáte úplně pravdu: záleží na tom, za jakých podmínek krystal pěstujete. Při krystalizaci z roztoku močoviny vznikají krystaly NaCl ve tvary 26 stěnu. Může za to mezifázové napětí, které u systému NaCl(s)/(nasycený roztok NaCl+močoviny) závisí na krystalové rovině jinak než pro NaCl/(nasycený roztok NaCl). Z mezifázového napětí pak lze určit tvar krystalu pomocí tzv. Wulffovy konstrukce.
  Tato úloha je částečně experimentální (vypěstovat pěkné krystaly) a částečně simulační (vypěstovat stejně pěkné krystaly i v počítači).
  Obtížnost: těžké

   

• Molekulární simulace a vizualizace fyzikálně-chemických jevů

  Toto je úkol z popularizace fyzikální chemie – úkolem je vyrobit videa některých zajímavých jevů v molekulárním rozlišení.
  Obtížnost: lehké

   

• Molekulární simulace čehokoliv

  Máte sami nějaký jev, ve kterém jsou podstatné interakce velkého množství molekul? Pak je možné ho simulovat metodou molekulární dynamiky. Přijďte, pobavíme se a možná z toho bude pěkná bakalářka či diplomka...
  Obtížnost: různé

   

• Interaktivní simulace a vizualizace 2D plynu, kapaliny a krystalu prostředky webu

  Úkolem vhodným pro počítačové nadšence je převést didaktický program SIMOLANT na web tak, aby byl přímo spustitelný z webové stránky. To je možné pomocí JavaScriptu nebo Javy.
  Obtížnost: středně těžké

   

• Integrace pohybových rovnic Gearovou metodou

  Metody pro integraci pohybových rovnic pro molekulární dynamiku typu prediktor-korektor mají některé dobré vlastnosti (vysoký řád, pravá strana obsahující rychlosti), ale jednu špatnou vlastnost – mizerné zachování energie, jinými slovy nejsou časově reverzibilní. Úkolem je prodloužit prediktor a docílit tak vyššího řádu chyby.
  Obtížnost: těžké

Globální fázové diagramy

Charakteristika

Jistě víte, že fázový diagram voda-butanol vypadá jinak (obsahuje tzv. heterogenní azeotrop) než diagram voda-ethanol (obsahuje normální azeotrop). Dá se z toho odhadnout, jak bude vypadat diagram voda-propanol? A co látka, která je něco mezi butanolem a propanolem? Tu sice neumíme vyrobit, ale můžeme s ní počítat, jestliže při výpočtech rovnováh vyjdeme ze stavových rovnic. Toto je obsahem pojmu "globální fázový diagram".

K dispozici je graficky orientovaný software. Jako tip pro ilustraci práce nechť slouží animace rovnováhy kapalina-pára.

Téma

• Vizualizace změn fázového diagramu kapalina-pára při změně parametrů
  Obtížnost: lehké

Zpět na nabídku bakalářských prací ÚFCH