Molecular Simulation

Lecture 1. Introduction
Lecture 2. Properties, units & dimensions; hard-sphere MD
Lecture 3. Periodic boundaries, simulation structure, confidence limits, initialization
Lecture 4. Object oriented programming, the molecular simulation API.
Lecture 5. Study of some the Java source code.
Lecture 6. Statistical mechanics
Lecture 7. Monte Carlo integration
Lecture 8. Markov processes
Lecture 9. Monte Carlo simulation
Lecture 10. Simple biasing techniques
Lecture 11. Introduction to molecular dynamics
Lecture 12. Measurement of transport coefficients; time correlation functions
Lecture 13. Molecular dynamics at constant temperature and pressure
Lecture 14. Molecular modeling
Lecture 15. Long-range interactions and Ewald sum
Lecture 16. Dielectrics
Lecture 17. Beyond atoms: Simulating molecules
Lecture 18. Free-energy calculations
Lecture 19. Distribution methods. Accuracy and precision of FEP calculations
Lecture 20. Phase equilibria calculations
Lecture 21. Histogram reweighting method
Lecture 22. Configurational bias and methods for chain molecules
Lecture 23. Symmetry in MD integrators. RESPA.
Lecture 24. Non-equilibrium molecular dynamics, linear-response theory
Lecture 25. Efficiencies, algorithms for parallel computing platforms

奥斯特和电磁学

奥斯特和电磁学

APS News

18世纪末时，科学家已经发现了很多电现象和很多磁现象，大部分科学家认为电和磁是截然不同的力。在1820年七月，丹麦科学家奥斯特（Hans Christian Oersted）发表的一篇单行本的论文，证明电和磁之间有密切的关系。

奥斯特于1777年八月生于丹麦鲁兹克宾。他主要在家里接受的教育，在儿童时代便对科学产生了兴趣。13岁时，他给做药剂师的父亲做学徒。1794年，他进入哥本哈根大学，他学物理、哲学和药学，并获得了哲学博士学位。

1801年，他完成了博士学业。按照惯例，他开始环游欧洲，访问德国和法国并结识其他科学家。他结识的一位科学家，Johann Ritter-----那时认为电和磁之间有某种联系的少数科学家之一，可能启发了他以后的科学生涯。

1803年，奥斯特返回了哥本哈根，他谋求一个大学物理教师的职位，但未能立即如愿。他于是私下里收费讲课。很快，他的课程大受欢迎。1806年，他在哥本哈根大学获得了一个职位。他扩展了物理和化学的课程，建立了新的实验室，并且继续自己在物理和其他科学领域的研究。他的第一篇论文是关于电力和化学力的。他研究了物理学中的很多问题，如水的压缩率和电流在开矿中的应用。

1820年，奥斯特作出了使他一举成名的发现。那时，尽管大多数科学家认为电和磁是没有关系的，但是，也有很多理由认为二者之间有联系。比如，那时人们早就知道，指南针遭受雷击之后有时会改变极性。奥斯特也早已注意到热辐射和光有某种相似性，它们都是电磁波，尽管他不能证明这一点。那时，他可能已经相信电和磁是物质辐射出的力，并且二者彼此之间有某种相互作用。

1820年四月21日，在课堂演示实验中，在他搭建他的实验仪器时，奥斯特发现当他把电线接到电池两端接通电流的时候，旁边的一个磁针偏离了正常的磁北极。小磁针只有很轻微的变化，课堂上的学生都没有注意到。但是，这一轻微的现象对于奥斯特来说是很显著的了。

有人认为这个发现纯属偶然。这个演示实验是专门设计来寻找电和磁之间的联系，还是为了演示其他现象，档案有不同的记述。可以肯定的是，奥斯特早已准备好来观测这一效应，就仅仅用手头的磁针和电池。

不管纯属意外还是些许意料之中，这一发现激发了奥斯特的极大兴趣。他没有立即找到一个数学公式来表述这一发现，思考了三个月之后，他继续做实验，直到他确信电流可以产生磁场（他称之为”electric conflict”）

1820年七月21日，奥斯特以单行本论文的形式发表了他的结果，这片单行本在物理学家和科学团体间私下流传。他的结果主要是定性的，但是效应很清楚-------电流可以产生磁力。

这篇论文立即引起了轰动，并且提升了奥斯特在科学界的地位。有人开始研究这一新发现的电和磁之间的联系。法国物理学家安培写出了一个数学定律来描述电流之间的磁力。在奥斯特的发现十年之后，法拉第发现了奥斯特的发现的逆现象------变化的磁场产生电场。在法拉第的工作之后，麦克斯韦写出了麦克斯韦方程组，终于将电和磁统一起来。

奥斯特继续从事物理学方面的工作。他认为科普很重要，创办了自然科学传播协会(the Society for Dissemination of Natural Science)，该协会的宗旨是使公众了解科学。1829年，奥斯特创建哥本哈根理工学院。他还是一个作家和诗人。他在其他科学领域也有建树，如在化学领域，1825年，他第一次生产出了铝。1851年，奥斯特逝世。他在1820年的发现是电磁学革命的开端，第一次把截然不同的物理现象联系了起来。

知冷知热

l.J.f. ( Jo) Hermans,Leiden University • The Netherlands •
Article available at http://www.europhysicsnews.org
即使天很冷，一点阳光便会使你感觉好多了。人们常常这样说，“天气预报说，气温15度，但是，阳光里至少25度“，这样的话中包含了一些热平衡的正确思想，但是，严格来讲是没有意义的。没有什么东西是”阳光里的温度“你怎么来测量它？不同的温度计由于其构造、光学性质等的不同，会给出不同的读数。气温唯一确定的定义是从空气中分子的平均动能来得到：½m = 3⁄2 kT.辐射与之无关。
直接测量分子的动能可不是易事。因此我们要用一个间接的方法：温度计。它很方便，但不总是可靠的。问题在于空气的热导率很低。这使得空气与温度计的热接触很差。因此，辐射很难被抑制。如果温度计在阳光里，用它做的测量便不准确。即使在阴影中，间接辐射也会使温度计产生小的偏差。所以，气象学家测量气温有一套严格的规则：温度计要放在一个通风性好的漆成白色的外套中，放在地面之上1.5米高处，等等。仔细想想，准确测量气温还真算是奇迹。
风是理解温度的另一迷惑之源。显而易见，如果风吹过我们的身体（或者，任何一个被周围环境加热的物体），热传导导致热损失将增加。原因是空气的绝缘层----一般情况下只有几个毫米厚-----由于风吹会变薄。这个效应就好像是气温降低。这一表面上看来气温降低被称为“风寒”。尽管这是一个广为人知的概念，许多人不了解其内在的涵义。比如，有些记者常根据(风寒表)wind chill table得出这样的结论，汽车散热器上的水会在0度以上结冰，如果有风吹着…..
仔细想来，风寒是一个定义不清楚的概念。一方面，它依赖于我们穿的衣服。比如，在无限绝热的极限情况下，风对我们毫无影响，这样，风寒便变得没有意义了。可以这么说，如果风速达到无限时，风对我们感觉的“气温”的修正会趋近一个极限值。对于赤裸的皮肤，随着风速趋于无限，最终我们的皮肤会觉得气温和热损失只受我们体内热传导限制。如果皮肤外面都冻上了，这不是什么令人吃惊的结果。太阳和风都使得气温的概念有点令人感到困惑。幸亏动理学理论给物理学家提供了一个可靠的定义。