分子動力学法の計算で、単原子の系の原子1個あたりの運動エネルギーの平均が0.0517 eVだった。エネルギー等分配則から求めた系の温度はどれに最も近いか。ボルツマン定数を k = 8.617×10⁻⁵ eV/K とする。

正解：A. 約400 K

原子1個は3方向の並進の自由度をもち、1自由度あたり kT/2 の運動エネルギーをもつので、平均の運動エネルギーは (3/2)kT です。T = 2 × 0.0517/(3 × 8.617×10⁻⁵) ≈ 400 Kになります。約600 Kは運動エネルギーをkTとした値、約200 Kは3kTとした値です。分子動力学法では、このように原子の速度から瞬間の温度を求め、温度を一定に保ちたいときは、熱浴と結びつける方法(サーモスタット)で速度を調整します。原子の数が少ないと瞬間の温度は大きく揺らぐので、時間平均で評価します。少数の原子の系では、重心の運動を除くなど自由度の数え方で値がわずかに変わります。