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ऊष्मा समीकरण

1822
  • Jean-Baptiste Joseph Fourier
हीट सिंक डिज़ाइन और सिमुलेशन टूल्स के साथ थर्मल इंजीनियरिंग कार्यक्षेत्र।.

(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।

The heat equation is the prototypical example of a parabolic PDE. The term [latex]\nabla^2[/latex] is the Laplace operator, which in one spatial dimension [latex]x[/latex] simplifies the equation to [latex]u_t = \alpha u_{xx}[/latex]. The constant [latex]\alpha[/latex] represents the thermal diffusivity of the material, a measure of how quickly heat spreads. A key property of the heat equation is its ‘infinite speed of propagation’; a change in temperature at any point is felt instantaneously, though infinitesimally, everywhere else in the domain. This is a mathematical idealization of the rapid nature of diffusion.

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 चर पृथक्करण विधि या फूरियर रूपांतरणों का उपयोग करके प्राप्त किए जाते हैं, जिन्हें फूरियर ने विशेष रूप से इसी उद्देश्य के लिए विकसित किया था। मूलभूत समाधान, जिसे ऊष्मा कर्नेल के रूप में जाना जाता है, 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
  • fourier’s work on trigonometric series (fourier series)

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

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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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