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ऊष्मा समीकरण

1822
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
Thermal engineering workspace with heat sink design and simulation tools.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

एक मौलिक द्वितीय-क्रम रैखिक परवलयिक आंशिक विभेदक ऊष्मा वितरण या अन्य विसरण प्रक्रियाओं का वर्णन करने वाला समीकरण। इसका मानक रूप [latex]frac{partial u}{partial t} = alpha nabla^2 u[/latex] है, जहाँ [latex]u(vec{x},t)[/latex] तापमान है, [latex]t[/latex] समय है, और [latex]alpha[/latex] तापीय विसरणशीलता है। इसके हल यह दर्शाते हैं कि प्रारंभिक तापमान वितरण समय के साथ कैसे विकसित होता है, अनियमितताओं को कम करता है और स्थिर अवस्था की ओर बढ़ता है।

ऊष्मा समीकरण एक परवलयिक PDE का आदर्श उदाहरण है। पद [latex]nabla^2[/latex] है लाप्लास एक स्थानिक आयाम x में, यह ऑपरेटर u_t = α u_{xx} समीकरण को सरल बनाकर u_t = α u_{xx} में बदल देता है। यहाँ α स्थिरांक पदार्थ की तापीय विसरणशीलता को दर्शाता है, जो ऊष्मा के प्रसार की गति का माप है। ऊष्मा समीकरण का एक प्रमुख गुण इसकी अनंत प्रसार गति है; किसी भी बिंदु पर तापमान में परिवर्तन अत्यंत सूक्ष्म रूप से ही सही, क्षेत्र के अन्य सभी स्थानों पर तुरंत महसूस होता है। यह विसरण की तीव्र प्रकृति का गणितीय आदर्श रूप है।

इसका एक अन्य प्रमुख लक्षण इसका समतलीकरण प्रभाव है। भले ही प्रारंभिक तापमान वितरण [latex]u(vec{x},0)[/latex] असंतत हो (उदाहरण के लिए, तापमान में अचानक उछाल), किसी भी समय [latex]t > 0[/latex] के लिए हल [latex]u(vec{x},t)[/latex] अनंत रूप से अवकलनीय (समतल) हो जाता है। यह इस भौतिक वास्तविकता को दर्शाता है कि तीव्र तापमान प्रवणता को बनाए नहीं रखा जा सकता है और वे तुरंत समतल होने लगते हैं। ऊष्मा समीकरण का अधिकतम सिद्धांत कहता है कि [latex]u[/latex] का अधिकतम मान या तो प्रारंभिक समय पर या स्थानिक डोमेन की सीमा पर होना चाहिए, जिसका अर्थ है कि पदार्थ के अंदर कोई नया गर्म स्थान स्वतः प्रकट नहीं हो सकता है।

समाधान अक्सर चरों के पृथक्करण की विधि का उपयोग करके या फोरियर रूपांतरणों का प्रयोग करके प्राप्त किए जाते हैं, जिन्हें फोरियर ने विशेष रूप से इसी उद्देश्य के लिए विकसित किया था। मौलिक समाधानऊष्मा कर्नेल के रूप में जाना जाने वाला यह वितरण, ऊष्मा के प्रारंभिक बिंदु स्रोत से उत्पन्न तापमान वितरण को दर्शाता है।

UNESCO Nomenclature: 1208
गणितीय भौतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • न्यूटन का शीतलन नियम
  • कैलकुलस का विकास
  • आंशिक व्युत्पन्न की अवधारणा
  • फोरियर का त्रिकोणमितीय श्रृंखला पर कार्य (फूरियर शृंखला)

आवेदन

  • हीट सिंक डिजाइन के लिए थर्मल इंजीनियरिंग
  • वित्तीय मॉडलिंग (ब्लैक-स्कोल्स समीकरण इसका एक प्रकार है)
  • शोर कम करने के लिए छवि प्रसंस्करण (पेरोना-मलिक प्रसार)
  • न्यूरॉन सिग्नल प्रसार के मॉडलिंग के लिए तंत्रिका विज्ञान
  • आणविक प्रसार के मॉडलिंग के लिए रासायनिक इंजीनियरिंग

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • डेटा केंद्रों के लिए एआई-संचालित शीतलन प्रणाली जो वास्तविक समय के ताप भार के अनुसार अनुकूलित होती है
  • models for predicting the spread of झूठी खबर on social networks
  • इलेक्ट्रिक वाहनों में बैटरी के थर्मल प्रबंधन को अनुकूलित करने के लिए सिमुलेशन
  • दूषित या प्राचीन डिजिटल छवियों को विसरण को उलट कर पुनर्स्थापित करने के लिए एल्गोरिदम
  • शहरी ताप द्वीप प्रभावों के लिए पूर्वानुमान मॉडल
  • भूजल प्रणालियों में प्रदूषकों के फैलाव का अनुकरण करना
  • सेमीकंडक्टर निर्माण के दौरान वेफर तापमान प्रोफाइल को अनुकूलित करना
  • किसी जनसंख्या के भीतर आनुवंशिक लक्षणों के विकास का मॉडलिंग करना
संबंधित विषय: ऊष्मा समीकरण, विसरण, परवलयिक पी.डी.ई., फूरियर विश्लेषण, तापीय चालकता, ब्राउनियन गति, ब्लैक-स्कोल्स विधि, गणितीय भौतिकी।

ऐतिहासिक संदर्भ

ऊष्मा समीकरण

1763-12-23
1780
1805
1822
1822
1828
1848
1758
1777
1799
1812
1822
1827
1829
1850

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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