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このプログラムは少し長いので、下に示すソースプログラムをコピーして、テキストエディタ（メモ帳など）にそのまま貼り付けて、コンパイルすれば簡単に実行できる。
このプログラムの class file name は fluc なので、このデキストエディタを "fluc.java" のファイル名で保存してコンパイルしてほしい。
JAVA の あるバージョンでは コンパイル後 "-Xlint : unchecked ---" などの警告がでることがあるが それを無視して そのまま実行できる。
このプログラムでは、窒素原子核（灰色の円）は、(12500 MM, 12500 MM, 12500 MM) に位置している。
ここでは、新しい単位として ( 1 MM = 10-14 meter) を使っている。
テキストボックス内の電子の各座標 (+X (MM), +Y (MM), +Z (MM)) は、この原子核からの”相対的な”位置座標を示している。
(このテキストボックス内に値を入力して、エンターキーを押せば自由に座標の値を変更できる。)
"nuc (MM)" は各電子と核の距離を意味している。
" charge Z " は 原子の中心の正電荷である。
(この nuc と "charge Z "の値は、所定のボックスに値を入力してエンターキーを押せば自由に変更できる。)
V (eV) と T (eV) は各電子の位置と運動エネルギーを意味している。
CF は各電子に作用する力の核方向の成分の量を表している。
(fx, fy, fz) は各電子に作用する力から、上の CF を除いた残りの力の各成分を表している。
最後の行の (FX, FY, FZ) は核に作用する力の各成分を表している。
(力の単位は、+e の原子核と -e の電子がボーア半径離れているときに、その間に働く力の大きさを 1000 としている。)
最後の行の tV は全位置エネルギー (eV) を意味する。
Waves (wn) は 各電子の 1 軌道に含まれるド・ブロイ波の数を表している。
import java.awt.*;
import java.awt.event.*;
import javax.swing.*;
import java.util.Scanner;
public class fluc extends JPanel // virial theorem of F (fluorine)
{
public static void main(String arg[])
{ // set frame
JFrame frame = new JFrame("Fluorine (F)");
J2DPanel j2dpanel = new J2DPanel();
frame.getContentPane().add(j2dpanel); frame.setSize(1180,700);
frame.setVisible(true); frame.setBackground(Color.black);
frame.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
}
}
class J2DPanel extends JPanel implements ActionListener
{
double pai=3.141592653589793; double epsi=8.85418781787346e-12;
double h=6.62606896e-34; double elc=1.60217653e-19;
double me=9.1093826e-31; double suh=5291.0*5291.0; // suh=(Bohr radius)^2
// elp[0-6][0-10] = Textboxes of each electron (0-6)
JTextField elp[][]=new JTextField[7][11];
JTextField kat[]=new JTextField[12]; // bond angle text
JTextField impho=new JTextField(7); // total V text
JTextField mmpho[]=new JTextField[3]; // nucleus text
// imppo = distance between electron and nucleus text
JTextField imppo=new JTextField(7);
JTextField charge=new JTextField(7); // charge text
int marki[]=new int[3]; int mar=0; // marking
double rtw=Math.sqrt(2); double rth=Math.sqrt(3);
double rsi=Math.sqrt(6); double rfi=Math.sqrt(5);
double hpr[][]=new double[7][11];
double den=7.3; // den= central positive charge Z
double nux[]={12500.0, 12500.0, 12500.0}; // nux[0-2]=nuclear coordinate
double ina1=4003.0; // ina1= distance between nucleus and electron
double rr=4003.0; double rrt=rr/rtw; double rrth=rr*0.5;
double rrf=rrth*rth;
// te1=initial coodinate of each electron
double te1[][]={{rrt,-rrt, 0}, {rrt, rrt, 0},
{-rrt, rrt, 0}, {-rrt, -rrt, 0},
{0, 0, rr}, {-rrf, 0, -rrth},
{rrf, 0, -rrth}};
public J2DPanel()
{
setBackground(Color.black);
JPanel p=new JPanel();
p.setLayout(new GridLayout(10,12));
String vv,zww; int aaa=0;
// hpr[0-6][0-2] = coordinate of each electron (0-6)
for (int el=0; el <=6; el++) {
for (int pos=0; pos <=2; pos++) {
elp[el][pos]=new JTextField(7);
if (el==0 || el==4 || el==5 ) {
elp[el][pos].addActionListener(this);}
hpr[el][pos]=0.0;
}}
for (int el=0; el <=6; el++) { // other parameters of each electron
for (int pos=3; pos <=10; pos++) {
elp[el][pos]=new JTextField(7);
hpr[el][pos]=0.0;
}}
for (int el=0; el <=11; el++) { // bond angle
kat[el]= new JTextField(7);
}
// mmpho[0-2] = force components acting on nucleus
for (int pos=0; pos <=2; pos++) {
mmpho[pos]=new JTextField(7);
}
// layout
String sihy[]={"eNo. ", "+X (MM)", "+Y (MM)", "+Z (MM)", "nux (MM)",
"V (eV)", "T (eV)", "Force", "fx ", "fy", "fz", "Waves "};
for (int el=0; el <=11; el++) {
p.add(new Label(sihy[el]));
}
for (int el=0; el <=6; el++) {
vv=" "+Integer.toString(el);
if ( el==0 || el==4 || el==5 ) {
vv="ele "+Integer.toString(el);
}
p.add(new Label(vv));
for (int pos=0; pos <=10; pos++) {
p.add(elp[el][pos]);
}}
p.add(new Label("nucleus "));
for (int pos=0; pos <=2; pos++) {
p.add(mmpho[pos]);
}
p.add(new Label(" -- "));
p.add(impho); // impho=textbox of total potential energy (tV)
// charge = central charge text
p.add(new Label(" Charge Z = "));
p.add(charge); charge.addActionListener(this);
p.add(new Label(" -- "));
p.add(new Label(" nuc = "));
// imppo=textbox of nuc (distance)
p.add(imppo);
imppo.addActionListener(this);
p.add(new Label(" -- "));
p.add(new Label("angle "));
for (int pos=0; pos <=10; pos++) {
p.add(kat[pos]);
}
add(p,"South");
for (int el=0; el <=6; el++) {
double nnuc=Math.sqrt(te1[el][0]*te1[el][0]+te1[el][1]*te1[el][1]+te1[el][2]*te1[el][2]);
aaa=(int)(nnuc);
// show distance between nuclei and electrons
elp[el][3].setText(Integer.toString(aaa));
for (int jou=0; jou <=2; jou++) {
hpr[el][jou]=te1[el][jou]+nux[jou];
// show initial coordinate
elp[el][jou].setText(Integer.toString((int)(te1[el][jou])));
}}
imppo.setText(Double.toString(ina1));
charge.setText(Double.toString(den));
} // public J2DPanel() end
public void actionPerformed(ActionEvent e) { // when textboxes change
String ss; ss=" ";
mar=0;
marki[0]=0; marki[1]=0;
if (e.getSource()==imppo ) {mar=1; // when "nuc" changes
ss=imppo.getText(); ina1=Double.parseDouble(ss);
}
repaint();
}
public void update(Graphics g)
{
paint(g);
}
public void paintComponent(Graphics g)
{
double kro,gx,gy,gz,ggx,ggy,ggz,ttav,toav;
kro=0.0; gx=0.0;gy=0.0;gz=0.0;ggx=0.0; ggy=0.0; ggz=0.0;
int ex,ey,ez; String ww;
double rhp[][]= {{0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0},
{0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0,0}};
double mmp[]={0,0,0};
// --------------------- "nuc" = distance changes
if (mar==1) {
for (int yp=0; yp <=6; yp++) {
gx=Math.sqrt((hpr[yp][0]-nux[0])*(hpr[yp][0]-nux[0])+
(hpr[yp][1]-nux[1])*(hpr[yp][1]-nux[1])+(hpr[yp][2]-nux[2])*(hpr[yp][2]-nux[2]));
for (int kj=0; kj <=2; kj++) {
gy=hpr[yp][kj]-nux[kj]; gy=(gy*ina1)/gx; hpr[yp][kj]=gy+nux[kj];
elp[yp][kj].setText(Integer.toString((int)gy));
}} mar=0;
}
// ------------------ change each coordinate
int bann; double ccoo,kakuu;
for (int yp=0; yp <=2; yp++) {
for (int jou=0; jou <=2; jou++) {
bann=0;
if (yp==1) {bann=4;} if (yp==2) {bann=5;}
ww=elp[bann][jou].getText();
hpr[bann][jou]=Double.parseDouble(ww);
}}
// set ele 1,2,3 coordinate based on ele 0
hpr[1][0]=hpr[0][0]; hpr[2][0]=-hpr[0][0]; hpr[3][0]=-hpr[0][0];
hpr[1][1]=-hpr[0][1]; hpr[2][1]=hpr[1][1]; hpr[3][1]=hpr[0][1];
hpr[1][2]=hpr[0][2]; hpr[2][2]=hpr[1][2]; hpr[3][2]=hpr[0][2];
// set ele 6 coordinate based on ele 5
hpr[6][0]=-hpr[5][0]; hpr[6][1]=hpr[5][1]; hpr[6][2]=hpr[5][2];
// show each bond angle
gx=Math.sqrt(hpr[0][0]*hpr[0][0]+hpr[0][1]*hpr[0][1]+hpr[0][2]*hpr[0][2]);
for (int yp=0; yp <=2; yp++) {
bann=1; if (yp==1) {bann=3;} if (yp==2) {bann=4;}
gy=Math.sqrt(hpr[bann][0]*hpr[bann][0]+hpr[bann][1]*hpr[bann][1]+hpr[bann][2]*hpr[bann][2]);
gz=Math.sqrt((hpr[bann][0]-hpr[0][0])*(hpr[bann][0]-hpr[0][0])+(hpr[bann][1]-hpr[0][1])*(hpr[bann][1]-hpr[0][1])+(hpr[bann][2]-hpr[0][2])*(hpr[bann][2]-hpr[0][2]));
ccoo=(gx*gx+gy*gy-gz*gz)/(2.0*gx*gy);
kakuu=Math.acos(ccoo)*180.0/pai;
ww="0-n-" + Integer.toString(bann);
kat[yp].setText(ww + " " +Integer.toString((int)kakuu));
}
for (int yp=0; yp <=1; yp++) {
bann=yp+4;
gx=Math.sqrt(hpr[bann][0]*hpr[bann][0]+hpr[bann][1]*hpr[bann][1]+hpr[bann][2]*hpr[bann][2]);
gy=Math.sqrt(hpr[bann+1][0]*hpr[bann+1][0]+hpr[bann+1][1]*hpr[bann+1][1]+hpr[bann+1][2]*hpr[bann+1][2]);
gz=Math.sqrt((hpr[bann][0]-hpr[bann+1][0])*(hpr[bann][0]-hpr[bann+1][0])+(hpr[bann][1]-hpr[bann+1][1])*(hpr[bann][1]-hpr[bann+1][1])+(hpr[bann][2]-hpr[bann+1][2])*(hpr[bann][2]-hpr[bann+1][2]));
ccoo=(gx*gx+gy*gy-gz*gz)/(2.0*gx*gy);
kakuu=Math.acos(ccoo)*180.0/pai;
ww= Integer.toString(bann)+ "-n-" + Integer.toString(bann+1);
kat[yp+3].setText(ww + " " +Integer.toString((int)kakuu));
}
// show each coordinate in textbox
for (int yp=0; yp <=6; yp++) {
for (int kj=0; kj <=2; kj++) {
elp[yp][kj].setText(Integer.toString((int)hpr[yp][kj]));
hpr[yp][kj]=hpr[yp][kj]+nux[kj];
}}
ww=charge.getText(); // get charge value from text
den=Double.parseDouble(ww);
toav=0.0; // toav=total potential energy
double ppot;
for (int yp=0; yp <=6; yp++) { // ------ interaction between electrons
for (int kj=0; kj <=6; kj++) {
if (yp < kj ) {
// kro=distance between electrons
kro=Math.sqrt((hpr[yp][0]-hpr[kj][0])*(hpr[yp][0]-hpr[kj][0])+
(hpr[yp][1]-hpr[kj][1])*(hpr[yp][1]-hpr[kj][1])+
(hpr[yp][2]-hpr[kj][2])*(hpr[yp][2]-hpr[kj][2]));
if (kro==0) {kro=5000.0;}
// ppot=repulsive potential energy (eV)
ppot=(elc*elc*6.241509e18)/(4.0*pai*epsi*kro*1.0e-14);
toav=toav+ppot;
// rhp[][3]= potential energy of each electron
rhp[yp][3]=rhp[yp][3]+ppot/2.0; rhp[kj][3]=rhp[kj][3]+ppot/2.0;
for (int jou=0; jou <=2; jou++) {
// rhp[][0-2]=force component acting on each electron
ggx=(suh*(hpr[yp][jou]-hpr[kj][jou]))/(kro*kro*kro);
rhp[yp][jou]=rhp[yp][jou]+ggx; rhp[kj][jou]=rhp[kj][jou]-ggx;
}
}}}
// ----- interaction between nucleus and each electron
for (int rv=0; rv <=6; rv++) {
// kro=distance between nucleus and electron
kro=Math.sqrt((hpr[rv][0]-nux[0])*(hpr[rv][0]-nux[0])+
(hpr[rv][1]-nux[1])*(hpr[rv][1]-nux[1])+
(hpr[rv][2]-nux[2])*(hpr[rv][2]-nux[2]));
if (kro == 0) {kro=5000.0;}
ex=(int)(kro); elp[rv][3].setText("nuc "+Integer.toString(ex));
// ppot = each attractive potential energy
ppot=-(elc*elc*den*6.241509e18)/(4.0*pai*epsi*kro*1.0e-14);
toav=toav+ppot;
rhp[rv][3]=rhp[rv][3]+ppot;
for (int jou=0; jou <=2; jou++) {
// ggx=force component between nucleus and electron
ggx=(suh*den*(hpr[rv][jou]-nux[jou]))/(kro*kro*kro);
rhp[rv][jou]=rhp[rv][jou]-ggx;
mmp[jou]=mmp[jou]+ggx; // mmp[0-2] = force acting on nucleus
}}
ex=(int)(100*toav); ggx=ex/100.0;
impho.setText("tV "+Double.toString(ggx)); // show total V (eV)
for (int rv=0; rv <=6; rv++) { // show forces acting on electrons
gx=Math.sqrt((hpr[rv][0]-nux[0])*(hpr[rv][0]-nux[0])+
(hpr[rv][1]-nux[1])*(hpr[rv][1]-nux[1])+(hpr[rv][2]-nux[2])*(hpr[rv][2]-nux[2]));
// gy=forces toward nucleus (CF)
gy=-(rhp[rv][0]*(hpr[rv][0]-nux[0])+rhp[rv][1]*(hpr[rv][1]-nux[1])+rhp[rv][2]*(hpr[rv][2]-nux[2]))/gx;
ex=(int)(1000*gy); ww="CF ";
elp[rv][6].setText(ww+Integer.toString(ex));
// show forces other than CF
for (int jou=0; jou <=2; jou++) {
gz=rhp[rv][jou]-(gy*(nux[jou]-hpr[rv][jou]))/gx;
ex=(int)(1000*gz);
elp[rv][jou+7].setText(Integer.toString(ex));
}
}
for (int jou=0; jou <=2; jou++) { // show forces acting on nucleus
ex=(int)(1000*mmp[jou]); ww=" ";
if (jou==0) {ww="FX=";}
if (jou==1) {ww="FY=";}
if (jou==2) {ww="FZ=";}
mmpho[jou].setText(ww+Integer.toString(ex));
}
// show potential and kinetic energy of each electron
for (int rv=0; rv <=6; rv++) {
ex=(int)(100*rhp[rv][3]); ggx=ex/100.0;
elp[rv][4].setText("V "+Double.toString(ggx));
rhp[rv][4] = -rhp[rv][3] * 0.5;
ex=(int)(100*rhp[rv][4]); ggx=ex/100.0;
elp[rv][5].setText("T "+Double.toString(ggx));
}
for (int rv=0; rv <=6; rv++) { // ----- show de Broglie wave
// gz = total force acting on each electron
gz=Math.sqrt(rhp[rv][0]*rhp[rv][0]+rhp[rv][1]*rhp[rv][1]+rhp[rv][2]*rhp[rv][2]);
gy=(gz*elc*elc)/(4.0*pai*epsi*suh*1.0e-28); // gy=forces (N)
// gx=velocity (m/s) of each electron
gx=Math.sqrt((2.0*rhp[rv][4]*1.602177e-19)/me);
ggx=(me*gx*gx)/gy; // ggx= rotation radius from centrifugal force
double debroglie = h/(me*gx);
ggy=(2*pai*ggx)/debroglie; // ggy=number of de Broglie's wave in one orbit
ex=(int)(ggy*1000); ggy=ex/1000.0;
elp[rv][10].setText("wn "+Double.toString(ggy)); }
// ---------- show picture
int nmx[]=new int[3]; int hpk[][]=new int[8][4];
for (int kj=0; kj <=2; kj++) { // change MM to pixel in nuclei
nmx[kj]=(int)(nux[kj]/71.428);
}
for (int yp=0; yp <=6; yp++) {
for (int kj=0; kj <=2; kj++) { // change MM to pixel in electrons
hpk[yp][kj]=(int)(hpr[yp][kj]/71.428);
}}
g.clearRect(9,299,1170,699);
g.setColor(Color.cyan); g.drawLine(375,310,375,660); g.drawLine(735,310,735,660);
g.drawString("X - Y plane", 150,290);
g.drawString("X - Z plane", 510,290);
g.drawString("Y - Z plane", 870,290);
g.setColor(Color.lightGray); // show nucleus
g.fillOval(nmx[0]+10,650-nmx[1],20,20);g.fillOval(370+nmx[0],650-nmx[2],20,20);
g.fillOval(730+nmx[1],650-nmx[2],20,20);
g.setColor(Color.white); // show electron 0 (particle)
g.fillOval(hpk[0][0]+13,653-hpk[0][1],14,14);
g.fillOval(hpk[0][0]+373,653-hpk[0][2],14,14);
g.fillOval(hpk[0][1]+733,653-hpk[0][2],14,14);
// show electron 1
g.fillOval(hpk[1][0]+13,653-hpk[1][1],14,14);
g.fillOval(hpk[1][0]+373,653-hpk[1][2],14,14);
g.fillOval(hpk[1][1]+733,653-hpk[1][2],14,14);
g.setColor(Color.red); // show electron 2
g.fillOval(hpk[2][0]+13,653-hpk[2][1],14,14);
g.fillOval(hpk[2][0]+373,653-hpk[2][2],14,14);
g.fillOval(hpk[2][1]+733,653-hpk[2][2],14,14);
// show electron 3
g.fillOval(hpk[3][0]+13,653-hpk[3][1],14,14);
g.fillOval(hpk[3][0]+373,653-hpk[3][2],14,14);
g.fillOval(hpk[3][1]+733,653-hpk[3][2],14,14);
// show electron 4
g.setColor(Color.green);
g.fillOval(hpk[4][0]+13,653-hpk[4][1],14,14);
g.fillOval(hpk[4][0]+373,653-hpk[4][2],14,14);
g.fillOval(hpk[4][1]+733,653-hpk[4][2],14,14);
// show electron 5
g.fillOval(hpk[5][0]+13,653-hpk[5][1],14,14);
g.fillOval(hpk[5][0]+373,653-hpk[5][2],14,14);
g.fillOval(hpk[5][1]+733,653-hpk[5][2],14,14);
// show electron 6
g.setColor(Color.pink);
g.fillOval(hpk[6][0]+13,653-hpk[6][1],14,14);
g.fillOval(hpk[6][0]+373,653-hpk[6][2],14,14);
g.fillOval(hpk[6][1]+733,653-hpk[6][2],14,14);
for (int rw=0; rw <=6; rw++) { // show each electron's number
g.setColor(Color.blue);
g.drawString(Integer.toString(rw),hpk[rw][0]+17,665-hpk[rw][1]);
g.drawString(Integer.toString(rw),hpk[rw][0]+377,665-hpk[rw][2] );
g.drawString(Integer.toString(rw),hpk[rw][1]+737,665-hpk[rw][2] );
}
}
}