معادله گرما
معادلهٔ حرارت (Heat equation) یک معادله دیفرانسیل پارهای خطی است که توزیع حرارت (یا اختلاف دما) را در یک دامنه داده شده توصیف میکند.
صورت معادله
برای تابع
در حالت کلی تر:
که در اینجا
معادله حرارت یک معادله از نوع معادلات دیفرانسیل پاره ای سهموی میباشد که در شاخههای مختلف علمی کاربرد بسیار دارد. به عنوان مثال در نظریه احتمالات معادله حرارت با مطالعه حرکتهای براونی از طریق معادله فوکر-پلانک مرتبط میباشد. همینطور در بحث ریاضیات مالی، برای حل معادله دیفرانسیل پاره ایی بلک-اسکولز ابتدا از تبدیل این معادله به معادله حرارت استفاده میشود. و البته معادله نفوذ که حالت کلی تری از معادله حرارت است در مطالعه پدیدههای نفوذ شیمیایی و عملیات انتقال جرم در مهندسی شیمی ظاهر میشود.
معادلات دیفرانسیل سهموی
مقالهٔ اصلی: معادلات دیفرانسیل سهموی
معادلات دیفرانسیل سهموی بهعنوان مدلهای ریاضی حاکم بر فرایندهای پخش و نشر، یا بهزبانی عمومیتر، فرایندهای برگشتناپذیر وابسته بهزمان کاربردهای فراوان و متنوعی پیدا میکنند. سادهترین نمونه از اینگونه معادلات، معادلهٔ حرارت است.
توضیح کلی
فرض کنید تابعی همچون
معادله حرارت در در حساب آمار و احتمالات در توضیح رفتار ولگشت استفاده میشود که در حل مسائل به وجود آمده در ریاضیات مالی استفاده فراوان میشود.
جوابهای بنیادین
جواب بنیادین، بهنتیجهٔ حل معادلهٔ حرارت، در ازای شرط اولیهٔ وجود یک منبع گرمایی نقطه ای در مکانی معلوم از جسم مورد بررسی اطلاق میشود. در حالت یکبعدی (
که
با در دست داشتن این جواب، همواره میتوان حل معادله یکبعدی حرارت را به ازاء هر شرط اولیهٔ معلوم با کانولوشن بهدست آورد:
جستارهای وابسته
پانویس
منابع
- S.J. Farlow, Partial Differential Equations for Scientists and Engieers, Dover, New York, 1982
- Smoller, J., Shock Waves and Reaction - Diffusion Equations, Springer-Verlag, New York, Inc., 1983. ISBN 0-387-90752-1