분자 동역학법 계산에서 단원자계의 원자 1개당 운동 에너지의 평균이 0.0517 eV였다. 에너지 등분배 법칙으로 구한 계의 온도에 가장 가까운 것은 무엇인가? 볼츠만 상수를 k = 8.617×10⁻⁵ eV/K로 한다.

정답: A. 약 400 K

원자 1개는 3방향의 병진 자유도를 가지며 자유도 1개당 kT/2의 운동 에너지를 가지므로, 평균 운동 에너지는 (3/2)kT입니다. T = 2 × 0.0517/(3 × 8.617×10⁻⁵) ≈ 400 K가 됩니다. 약 600 K는 운동 에너지를 kT로 한 값, 약 200 K는 3kT로 한 값입니다. 분자 동역학법에서는 이처럼 원자의 속도로부터 순간 온도를 구하며, 온도를 일정하게 유지하고 싶을 때는 열욕과 결합하는 방법(서모스탯)으로 속도를 조정합니다. 원자 수가 적으면 순간 온도는 크게 요동하므로 시간 평균으로 평가합니다. 소수 원자의 계에서는 무게 중심의 운동을 제외하는 등 자유도를 세는 방식에 따라 값이 약간 달라집니다.