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Molekulardynamik-Simulationen
Molecular Dynamics Simulations

Modul PH2019

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom SS 2018 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

verfügbare Modulversionen
SS 2018SS 2017SS 2011

Basisdaten

PH2019 ist ein Semestermodul in Englisch oder Deutsch auf Master-Niveau das im Sommersemester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Allgemeiner Spezialfachkatalog Physik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2019 ist Martin Zacharias.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Simulationsmethoden:

  • Molekulardynamik-Methoden
  • Monte Carlo Methode
  • Brown'sche Dynamik-Methode
  • Kraftfeldbeschreibung von Molekülen
  • Randbedingungen
  • Temperatur- und Druckkontrolle
  • Thermodynamische und kinetische Größen aus Simulationen
  • Nicht-Gleichgewichts-Simulationen
  • Gemischte quantenmechanische/klassische Simulationen

Anwendungen:

  • Einfache Flüssigkeiten; Mischungen
  • Biomoleküle: Dynamik von Proteinen und Peptiden
  • Systeme mit Grenzflächen    

Lernergebnisse

Nach der erfolgreichen Teilnahme an der Vorlesung und den Übungen sind die Studierenden in der Lage

  • die Vorbereitung, Durchführung und Analyse von Molekülsimulationen zu verstehen, selbstständig nachzuvollziehen und zu bewerten.
  • Moleküldynamik, Monte Carlo oder Brown’sche Dynamik Simulationen an Molekülen selbstständig durchzuführen.
  • thermodynamische und kinetische Größen aus Simulationen zu extrahieren.
  • ein Verständnis der Dynamik von Vielteilchensystemen zu entwickeln und zu vertiefen.
  • Fragestellungen, die durch Simulationsstudien untersucht werden können, zu entwickeln.
  • für gestellte Aufgaben die geeigneten Molekülsimulationsverfahren auszuwählen.

Voraussetzungen

Elementare Kenntinisse der statistischen Thermodynamik, Mechanik

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

In der Vorlesung werden die Inhalte durch Vortrag der theoretischen Grundlagen und deren experimentellen Umsetzungen erläutert und durch anschauliche Beispiele verständlich gemacht. Hoher Wert wird auf die Anregung interaktiver Diskussion mit den Studierenden und unter den Studierenden über das gerade Erlernte gelegt. Die Vorlesungsunterlagen enthalten Hyperlinks auf die Originalarbeiten, die den Einstieg in die eigenständige Literaturrecherche fördern sollen. In der Übung werden die Studierenden schrittweise an den Umgang mit Molekülsimulationsprogrammen herangeführt. Anhand von Beispielen werden Lerninhalte aus der Vorlesung vertieft und der selbstständige Umgang mit Simulationsprogrammen und state-of-the-art Analyse-Verfahren eingeübt. Die Studierenden werden in die Lage versetzt das Gelernte selbständig nachzuvollziehen und Simulationsansätze auf relevante Fragestellungen selbstständig anzuwenden.

Medienformen

Tafelvortrag, Vorlesungsunterlagen, Beamerpräsentation, Übungen am Rechner, Internet-Seite zum Kurs

Literatur

  • D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulation: From Algorithms to Applications, Academic Press. 2014.
  • M.P. Allen, D.J. Tildesley, Computer simulation of liquids, Oxford University Press, 1999.
  • Mark E. Tuckerman, Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulation, Oxford Graduate Press, 2016.
  • Tamar Schlick, Molecular Modeling and Simulation: an Interdisciplinary Guide, Springer Science, 2006.
  • A. Leach, Introduction to Molecular Modelling, Oxford Academic Press. 2016.
  • Griebel, Knapek, Zumbusch, Caglar, Numerische Simulation in der Moleküldynamik, Springer Press. 2014.

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

Es findet eine mündliche Prüfung von etwa 30 Minuten Dauer statt. Darin wird das Erreichen der im Abschnitt Lernergebnisse dargestellten Kompetenzen mindestens in der dort angegebenen Erkenntnisstufe exemplarisch durch Verständnisfragen, Diskussionen anhand von Skizzen und einfachen Formeln überprüft.

Prüfungsaufgabe könnte beispielsweise sein:

  • Was ist ein symplektischer Algorithmus zur Simulation der Moleküldynamik?
  • Was versteht man unter dem Begriff coarse-graining eines Simulationssystems?
  • Was sind bindende Wechselwirkungen in einem Kraftfeldmodell?

Die Teilnahme am Übungsbetrieb wird dringend empfohlen, da die Übungsaufgaben auf die in der Modulprüfung abgefragten Problemstellungen vorbereiten und somit die spezifischen Kompetenzen eingeübt werden.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

Aktuell zugeordnete Prüfungstermine

Derzeit sind in TUMonline die folgenden Prüfungstermine angelegt. Bitte beachten Sie neben den oben stehenden allgemeinen Hinweisen auch stets aktuelle Ankündigungen während der Lehrveranstaltungen.

Titel
ZeitOrtInfoAnmeldung
Prüfung zu Molekulardynamik-Simulationen
Di, 25.9.2018 Dummy-Termin. Wenden Sie sich zur individuellen Terminvereinbarung an die/den Prüfer(in). Anmeldung für Prüfungstermin zwischen 25.9.2018 und 20.10.2018. // Dummy date. Contact examiner for individual appointment. Registration for exam date between 2018-09-25 and 2018-10-20. bis 24.9.2018
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