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लाप्लास का समीकरण

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

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

द्वितीय क्रम का रैखिक अण्डाकार आंशिक विभेदक यह समीकरण स्थिर अवस्था या संतुलन की स्थिति में प्रणालियों का वर्णन करता है। इसे [latex]nabla^2[/latex] या [latex]Delta u = 0[/latex] के रूप में लिखा जाता है, जहाँ [latex]nabla^2[/latex] (या [latex]Delta[/latex]) लाप्लास ऑपरेटर है। इसके हल, जिन्हें हार्मोनिक फ़ंक्शन कहा जाता है, सबसे सहज संभव फ़ंक्शन होते हैं और विद्युतस्थैतिकी, गुरुत्वाकर्षण और द्रव प्रवाह जैसे क्षेत्रों में विभव का प्रतिनिधित्व करते हैं।

लैपलेस का समीकरण मानक अण्डाकार पीडीई है। यह कई भौतिक संदर्भों में उत्पन्न होता है जहाँ कोई मात्रा संतुलन में होती है और किसी बिंदु पर उसका मान उसके आस-पास के क्षेत्र में उसके मानों का औसत होता है। यह औसत गुण इसके समाधानों की एक परिभाषित विशेषता है, जिन्हें हार्मोनिक फ़ंक्शन के रूप में जाना जाता है। इसका एक प्रत्यक्ष परिणाम हार्मोनिक फ़ंक्शन के लिए "अधिकतम सिद्धांत" है, जो बताता है कि एक गैर-स्थिर समाधान अपने डोमेन के आंतरिक भाग में अपना अधिकतम या न्यूनतम मान प्राप्त नहीं कर सकता; ये चरम मान सीमा पर स्थित होने चाहिए। यह, उदाहरण के लिए, स्थिर-अवस्था ऊष्मा प्रवाह के क्षेत्र में एक हॉट स्पॉट के अस्तित्व को रोकता है जब तक कि वहाँ कोई स्रोत न हो (जो [latex]nabla^2 u = 0[/latex] का उल्लंघन करेगा)।

लाप्लास समीकरण के हल अनंत रूप से अवकलनीय (विश्लेषणात्मक) होते हैं, भले ही सीमा शर्तें ऐसी न हों। यह एक उल्लेखनीय सुगमता गुण है, जो कि अन्य गुणों से भी अधिक मजबूत है। ऊष्मा समीकरणकिसी डोमेन में लाप्लास समीकरण का हल ज्ञात करने की समस्या, यदि सीमा पर हल के मान दिए गए हों, को इस प्रकार जाना जाता है: Dirichlet समस्या। संबंधित न्यूमैन समस्या सीमा पर सामान्य व्युत्पन्न को निर्दिष्ट करती है।

समय पर निर्भर ऊष्मा और तरंग समीकरणों के विपरीत, लाप्लास समीकरण को आमतौर पर सीमा मान समस्याओं के लिए हल किया जाता है, जहाँ एक स्थानिक डोमेन की पूरी सीमा एक ही समय में प्रत्येक आंतरिक बिंदु पर समाधान को प्रभावित करती है। यह "वैश्विक" निर्भरता परवलयिक और अतिपरवलयिक समीकरणों की कारणिक, समय-परिवर्तनशील प्रकृति के विपरीत है।

UNESCO Nomenclature: 1208
गणितीय भौतिकी

Type

सार प्रणाली

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • न्यूटन का नियम सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण
  • कूलम्ब का विद्युतस्थैतिकी नियम
  • लैग्रेंज द्वारा संभावित क्षेत्र की अवधारणा
  • बहुचर कैलकुलस और लाप्लास ऑपरेटर का विकास

आवेदन

  • आवेश-मुक्त क्षेत्रों में विद्युत विभव की गणना के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक्स
  • गुरुत्वाकर्षण विभव निर्धारण के लिए गुरुत्वाकर्षण
  • स्थिर-अवस्था ऊष्मा चालन
  • असंपीड्य और अघूर्णी द्रव प्रवाह
  • साबुन के आकार का वर्णन करना फिल्म एक तार के फ्रेम पर फैला हुआ

पेटेंट:

NA

संभावित नवाचार विचार

  • जटिल वातावरणों में चलने वाले स्वायत्त रोबोटों के लिए सुगम पथ उत्पन्न करने हेतु एल्गोरिदम
  • यथार्थवादी प्रकाश और छाया मानचित्र बनाने के लिए कंप्यूटर ग्राफिक्स तकनीकें
  • इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस का डिजाइन
  • जलभंडारों के प्रबंधन और संदूषकों के फैलाव की भविष्यवाणी के लिए भूजल प्रवाह मॉडलिंग
  • मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस that interpret eeg data by solving laplace’s equation on the scalp
  • पेसमेकर जैसे चिकित्सा उपकरणों में इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट का अनुकूलन
  • CAD सॉफ़्टवेयर में चिकनी 3D सतहों का स्वचालित निर्माण
  • ऐसे वित्तीय मॉडल जो उन विशिष्ट विकल्पों के मूल्य निर्धारण के लिए उपयोग किए जाते हैं जहां गैर-आर्बिट्रेज स्थितियां स्थिर-अवस्था समीकरणों की ओर ले जाती हैं।
संबंधित विषय: लाप्लास का समीकरण, अण्डाकार पी.डी.ई., हार्मोनिक फलन, विभव सिद्धांत, स्थिर अवस्था, विद्युतस्थैतिकी, सीमा मान समस्या, डिरिचलेट समस्या।

ऐतिहासिक संदर्भ

लाप्लास का समीकरण

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

(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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