НАЗВАНИЕ СТАТЬИ:
Проблема несоответствия вириального и термодинамического методов расчета давления однокомпонентной плазмы при использовании периодических граничных условий

СПИСОК АВТОРОВ:
Онегин А.С., Демьянов Г.С., Левашов П.Р.

СПИСОК АВТОРОВ (С РАСШИФРОВКОЙ):
Онегин Александр Сергеевич, Демьянов Георгий Сергеевич, Левашов Павел Ремирович

DOI:
https://doi.org/10.33849/2023107

ПОСТУПИЛА В РЕДАКЦИЮ:
30 июля 2023 г.

ЖУРНАЛ:
Вестник Объединенного института высоких температур

ТОМ:
9

ГОД:
2023

СТРАНИЦЫ:
40-45

РУБРИКА:
Экстремальные состояния вещества

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:
однокомпонентная плазма; давление; потенциал Эвальда; вириал; термодинамика; периодические граничные условия

КОДЫ КЛАССИФИКАТОРОВ:
УДК 533.9, ГРНТИ 29.27.03, ВАК 01.04.08

АННОТАЦИЯ:
В данной работе мы рассматриваем два способа расчета давления однокомпонентной плазмы. Первый метод основан на дифференцировании свободной энергии по объему. Второй метод использует связь вириала системы с давлением, позволяя рассчитать вириальное давление. Эти методы дают одинаковый результат в случае, когда частицы в моделировании взаимодействуют по закону Кулона. Однако часто в моделировании плазмы используется потенциал Эвальда, который учитывает дальнодействующие эффекты в плазме. При учете этих эффектов наблюдаются значительные отличия между методами расчета давления. Более того, стремление к термодинамическому пределу вириального давления не наблюдается. Такое поведение связано с явной зависимостью потенциала Эвальда от размера расчетной ячейки, что не учитывается в вириальном давлении при вычислении градиента потенциала.

TITLE:
The problem of inconsistency between virial and thermodynamic methods for calculating pressure of one-component plasma with periodic boundary conditions

AUTHORS:
A. S. Onegin, G. S. Demyanov, P. R. Levashov

KEYWORDS:
one-component plasma; pressure; Ewald potential; virial; thermodynamics; periodic boundary conditions

ABSTRACT:
In this paper, we investigate two methods for calculating the pressure of a one-component plasma. The first method is based on the differentiation of the free energy with respect to the volume. The second method uses the virial pressure, which relates the virial to the pressure of the system, allowing the calculation of the virial pressure. These methods yield identical results when the particles in the simulation interact with the Coulomb potential. However, plasma simulations often use the Ewald potential, which accounts for long-range interaction effects. Significant differences between pressure calculation methods are observed once these effects are taken into account. Furthermore, there is no convergence for the virial pressure to the thermodynamic limit. This behavior is related to the explicit dependence of the Ewald potential on the size of the computational cell, which is not taken into account in the virial pressure in calculating the potential gradient.