doc/src/units.txt

   1 "LAMMPS WWW Site"_lws - "LAMMPS Documentation"_ld - "LAMMPS Commands"_lc :c
   2
   3 :link(lws,http://lammps.sandia.gov)
   4 :link(ld,Manual.html)
   5 :link(lc,Section_commands.html#comm)
   6
   7 :line
   8
   9 units command :h3
  10
  11 [Syntax:]
  12
  13 units style :pre
  14
  15 style = {lj} or {real} or {metal} or {si} or {cgs} or {electron} or {micro} or {nano} :ul
  16
  17 [Examples:]
  18
  19 units metal
  20 units lj :pre
  21
  22 [Description:]
  23
  24 This command sets the style of units used for a simulation.  It
  25 determines the units of all quantities specified in the input script
  26 and data file, as well as quantities output to the screen, log file,
  27 and dump files.  Typically, this command is used at the very beginning
  28 of an input script.
  29
  30 For all units except {lj}, LAMMPS uses physical constants from
  31 www.physics.nist.gov.  For the definition of Kcal in real units,
  32 LAMMPS uses the thermochemical calorie = 4.184 J.
  33
  34 The choice you make for units simply sets some internal conversion
  35 factors within LAMMPS.  This means that any simulation you perform for
  36 one choice of units can be duplicated with any other unit setting
  37 LAMMPS supports.  In this context "duplicate" means the particles will
  38 have identical trajectories and all output generated by the simulation
  39 will be identical.  This will be the case for some number of timesteps
  40 until round-off effects accumulate, since the conversion factors for
  41 two different unit systems are not identical to infinite precision.
  42
  43 To perform the same simulation in a different set of units you must
  44 change all the unit-based input parameters in your input script and
  45 other input files (data file, potential files, etc) correctly to the
  46 new units.  And you must correctly convert all output from the new
  47 units to the old units when comparing to the original results.  That
  48 is often not simple to do.
  49
  50 :line
  51
  52 For style {lj}, all quantities are unitless.  Without loss of
  53 generality, LAMMPS sets the fundamental quantities mass, sigma,
  54 epsilon, and the Boltzmann constant = 1.  The masses, distances,
  55 energies you specify are multiples of these fundamental values.  The
  56 formulas relating the reduced or unitless quantity (with an asterisk)
  57 to the same quantity with units is also given.  Thus you can use the
  58 mass & sigma & epsilon values for a specific material and convert the
  59 results from a unitless LJ simulation into physical quantities.
  60
  61 mass = mass or m
  62 distance = sigma, where x* = x / sigma
  63 time = tau, where t* = t (epsilon / m / sigma^2)^1/2
  64 energy = epsilon, where E* = E / epsilon
  65 velocity = sigma/tau, where v* = v tau / sigma
  66 force = epsilon/sigma, where f* = f sigma / epsilon
  67 torque = epsilon, where t* = t / epsilon
  68 temperature = reduced LJ temperature, where T* = T Kb / epsilon
  69 pressure = reduced LJ pressure, where P* = P sigma^3 / epsilon
  70 dynamic viscosity = reduced LJ viscosity, where eta* = eta sigma^3 / epsilon / tau
  71 charge = reduced LJ charge, where q* = q / (4 pi perm0 sigma epsilon)^1/2
  72 dipole = reduced LJ dipole, moment where *mu = mu / (4 pi perm0 sigma^3 epsilon)^1/2
  73 electric field = force/charge, where E* = E (4 pi perm0 sigma epsilon)^1/2 sigma / epsilon
  74 density = mass/volume, where rho* = rho sigma^dim :ul
  75
  76 Note that for LJ units, the default mode of thermodyamic output via
  77 the "thermo_style"_thermo_style.html command is to normalize all
  78 extensive quantities by the number of atoms.  E.g. potential energy is
  79 extensive because it is summed over atoms, so it is output as
  80 energy/atom.  Temperature is intensive since it is already normalized
  81 by the number of atoms, so it is output as-is.  This behavior can be
  82 changed via the "thermo_modify norm"_thermo_modify.html command.
  83
  84 For style {real}, these are the units:
  85
  86 mass = grams/mole
  87 distance = Angstroms
  88 time = femtoseconds
  89 energy = Kcal/mole
  90 velocity = Angstroms/femtosecond
  91 force = Kcal/mole-Angstrom
  92 torque = Kcal/mole
  93 temperature = Kelvin
  94 pressure = atmospheres
  95 dynamic viscosity = Poise
  96 charge = multiple of electron charge (1.0 is a proton)
  97 dipole = charge*Angstroms
  98 electric field = volts/Angstrom
  99 density = gram/cm^dim :ul
 100
 101 For style {metal}, these are the units:
 102
 103 mass = grams/mole
 104 distance = Angstroms
 105 time = picoseconds
 106 energy = eV
 107 velocity = Angstroms/picosecond
 108 force = eV/Angstrom
 109 torque = eV
 110 temperature = Kelvin
 111 pressure = bars
 112 dynamic viscosity = Poise
 113 charge = multiple of electron charge (1.0 is a proton)
 114 dipole = charge*Angstroms
 115 electric field = volts/Angstrom
 116 density = gram/cm^dim :ul
 117
 118 For style {si}, these are the units:
 119
 120 mass = kilograms
 121 distance = meters
 122 time = seconds
 123 energy = Joules
 124 velocity = meters/second
 125 force = Newtons
 126 torque = Newton-meters
 127 temperature = Kelvin
 128 pressure = Pascals
 129 dynamic viscosity = Pascal*second
 130 charge = Coulombs (1.6021765e-19 is a proton)
 131 dipole = Coulombs*meters
 132 electric field = volts/meter
 133 density = kilograms/meter^dim :ul
 134
 135 For style {cgs}, these are the units:
 136
 137 mass = grams
 138 distance = centimeters
 139 time = seconds
 140 energy = ergs
 141 velocity = centimeters/second
 142 force = dynes
 143 torque = dyne-centimeters
 144 temperature = Kelvin
 145 pressure = dyne/cm^2 or barye = 1.0e-6 bars
 146 dynamic viscosity = Poise
 147 charge = statcoulombs or esu (4.8032044e-10 is a proton)
 148 dipole = statcoul-cm = 10^18 debye
 149 electric field = statvolt/cm or dyne/esu
 150 density = grams/cm^dim :ul
 151
 152 For style {electron}, these are the units:
 153
 154 mass = atomic mass units
 155 distance = Bohr
 156 time = femtoseconds
 157 energy = Hartrees
 158 velocity = Bohr/atomic time units \[1.03275e-15 seconds\]
 159 force = Hartrees/Bohr
 160 temperature = Kelvin
 161 pressure = Pascals
 162 charge = multiple of electron charge (1.0 is a proton)
 163 dipole moment = Debye
 164 electric field = volts/cm :ul
 165
 166 For style {micro}, these are the units:
 167
 168 mass = picograms
 169 distance = micrometers
 170 time = microseconds
 171 energy = picogram-micrometer^2/microsecond^2
 172 velocity = micrometers/microsecond
 173 force = picogram-micrometer/microsecond^2
 174 torque = picogram-micrometer^2/microsecond^2
 175 temperature = Kelvin
 176 pressure = picogram/(micrometer-microsecond^2)
 177 dynamic viscosity = picogram/(micrometer-microsecond)
 178 charge = picocoulombs (1.6021765e-7 is a proton)
 179 dipole = picocoulomb-micrometer
 180 electric field = volt/micrometer
 181 density = picograms/micrometer^dim :ul
 182
 183 For style {nano}, these are the units:
 184
 185 mass = attograms
 186 distance = nanometers
 187 time = nanoseconds
 188 energy = attogram-nanometer^2/nanosecond^2
 189 velocity = nanometers/nanosecond
 190 force = attogram-nanometer/nanosecond^2
 191 torque = attogram-nanometer^2/nanosecond^2
 192 temperature = Kelvin
 193 pressure = attogram/(nanometer-nanosecond^2)
 194 dynamic viscosity = attogram/(nanometer-nanosecond)
 195 charge = multiple of electron charge (1.0 is a proton)
 196 dipole = charge-nanometer
 197 electric field = volt/nanometer
 198 density = attograms/nanometer^dim :ul
 199
 200 The units command also sets the timestep size and neighbor skin
 201 distance to default values for each style:
 202
 203 For style {lj} these are dt = 0.005 tau and skin = 0.3 sigma.
 204 For style {real} these are dt = 1.0 fmsec and skin = 2.0 Angstroms.
 205 For style {metal} these are dt = 0.001 psec and skin = 2.0 Angstroms.
 206 For style {si} these are dt = 1.0e-8 sec and skin = 0.001 meters.
 207 For style {cgs} these are dt = 1.0e-8 sec and skin = 0.1 cm.
 208 For style {electron} these are dt = 0.001 fmsec and skin = 2.0 Bohr.
 209 For style {micro} these are dt = 2.0 microsec and skin = 0.1 micrometers.
 210 For style {nano} these are dt = 0.00045 nanosec and skin = 0.1 nanometers. :ul
 211
 212 [Restrictions:]
 213
 214 This command cannot be used after the simulation box is defined by a
 215 "read_data"_read_data.html or "create_box"_create_box.html command.
 216
 217 [Related commands:] none
 218
 219 [Default:]
 220
 221 units lj :pre