Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » Laplace’s Equation

Laplace’s Equation

1780
  • Pierre-Simon Laplace
Mathematician solving Laplace's Equation in a historical laboratory setting.

(صورة توضيحية فقط)

A second-order linear elliptic partial differential equation that describes systems in a steady-state or equilibrium condition. It is written as [latex]nabla^2 u = 0[/latex] or [latex]Delta u = 0[/latex], where [latex]nabla^2[/latex] (or [latex]Delta[/latex]) is the Laplace operator. Solutions, called harmonic functions, are the smoothest possible functions and represent potentials in fields like electrostatics, gravitation, and fluid flow.

Laplace’s equation is the canonical elliptic PDE. It arises in numerous physical contexts where a quantity is in equilibrium and its value at a point is the average of its values in the surrounding neighborhood. This averaging property is a defining characteristic of its solutions, known as harmonic functions. A direct consequence is the ‘maximum principle’ for harmonic functions, which states that a non-constant solution cannot attain its maximum or minimum value in the interior of its domain; these extrema must lie on the boundary. This prevents, for example, a hot spot from existing in a region of steady-state heat flow unless there is a source there (which would violate [latex]nabla^2 u = 0[/latex]).

حلول معادلة لابلاس قابلة للتفاضل إلى ما لا نهاية (تحليلية) حتى لو لم تكن الشروط الحدية كذلك. هذه خاصية تنعيم رائعة، بل وأقوى من خاصية... heat equationتُعرف مشكلة إيجاد حل لمعادلة لابلاس في مجال معين، بمعلومية قيم الحل على الحدود، باسم ديريشليه المشكلة. تحدد مشكلة نيومان ذات الصلة المشتقة العمودية على الحدود.

Unlike the time-dependent heat and wave equations, Laplace’s equation is typically solved for boundary value problems, where the entire boundary of a spatial domain influences the solution at every interior point simultaneously. This ‘global’ dependence contrasts with the causal, time-marching nature of parabolic and hyperbolic equations.

UNESCO Nomenclature: 1208
– Mathematical physics

يكتب

نظام مجرد

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • newton’s law of universal gravitation
  • coulomb’s law of electrostatics
  • مفهوم المجال المحتمل من قبل لاغرانج
  • تطوير حساب التفاضل والتكامل المتعدد المتغيرات ومشغل لابلاس

التطبيقات

  • الكهرباء الساكنة لحساب الجهد الكهربائي في المناطق الخالية من الشحنات
  • الجاذبية لتحديد إمكانات الجاذبية
  • التوصيل الحراري في الحالة المستقرة
  • تدفق السوائل غير القابلة للانضغاط وغير الدورانية
  • وصف شكل الصابون فيلم ممتدة عبر إطار سلكي

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • خوارزميات لإنشاء مسارات سلسة للروبوتات المستقلة التي تتنقل في بيئات معقدة
  • تقنيات الرسوميات الحاسوبية لإنشاء خرائط الإضاءة والظلال الواقعية
  • تصميم العدسات الكهروستاتيكية للمجاهر الإلكترونية
  • نمذجة تدفق المياه الجوفية لإدارة طبقات المياه الجوفية والتنبؤ بانتشار الملوثات
  • brain-computer interfaces that interpret eeg data by solving laplace’s equation on the scalp
  • تحسين وضع الأقطاب الكهربائية في الأجهزة الطبية مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب
  • إنشاء أسطح ثلاثية الأبعاد ناعمة تلقائيًا باستخدام برنامج CAD
  • النماذج المالية لتسعير الخيارات الغريبة حيث تؤدي شروط عدم التحكيم إلى معادلات الحالة المستقرة
Related to: laplace’s equation, elliptic pde, harmonic function, potential theory, steady-state, electrostatics, boundary value problem, dirichlet problem.

السياق التاريخي

Laplace’s Equation

1736
1750
1763-12-23
1780
1805
1822
1822
1650
1747
1758
1777
1799
1812
1822
1827

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.