热传导方程的推导原理,偏微分方程入门,原来微积分如此简单

热传导方程的推导原理,偏微分方程入门,原来微积分如此简单如图 在一杯 0 度的水上架一根铜管 那么 A 点与 B 点的温度差是 Tb Ta 那么相对与两点间的距离 x AB 的比值 Tb Ta x 如图如果在 C 点加一杯 100 度的热水 那么 B 点的温度也会发生变化 假设 B 是 AC 的中点 那么相对于两点间的距离 x A

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如图,在一杯0度的水上架一根铜管,那么A点与B点的温度差是Tb-Ta,那么相对与两点间的距离x=AB的比值:(Tb-Ta)/x。

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那么变化率是k*((Tc-Tb)/x – (Tb-Ta)/x)/ (2x) ,k为热扩散率。我们抽象一下,假设ABC是3个温度不同的相邻点,那么上式即是2阶导数d^2T/dx^2。

其物理意义就是Tb会向(Tc+Ta)/2 靠拢。随时间变化(类似运动中的加速度)。

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如果每秒把这个记录下来,叠加起来就是红色在下降,绿色在上升的曲面,直到三种颜色在同一水平面,温度相等。

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温度除了在x轴方向传播,也会像y轴,z轴传播,同理得到两个2阶导数d^2T/dy^2和d^2T/dz^2。

把这个3者加起来就是热传导方程dT/dt = k(d^2T/dx^2 +d^2T/dy^2+d^2T/dz^2)

记为

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你知道这个基本原则,推理其他同类方程就简单了。

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