《張朝陽的物理課》解析熱傳導現象背後的數學和物理

中國科普網 發佈 2024-04-11T02:11:35.460097+00:00

張朝陽在課程里從Fourier導熱定律入手,介紹了這位法國數學家、物理學家在熱現象的研究中所做出的貢獻。

你是否曾有過困惑,為什麼鐵鍋用木柄就不會很燙?為什麼蓬鬆的羽絨更加保暖?你是否曾感到好奇,與我們生活息息相關的熱現象背後的規律是什麼樣子的?在3月5日張朝陽的物理課中,搜狐創始人、董事局主席兼CEO張朝陽就這個問題,為廣大網友帶來了一場暢快淋漓的物理課,將熱和熱傳導問題中的數學與物理規律展示給大家,並且為大家提供了求解這類問題的一般方法。

張朝陽在課程里從Fourier導熱定律入手,介紹了這位法國數學家、物理學家在熱現象的研究中所做出的貢獻。然後使用現代的矢量微積分的語言,將導熱定律概括為了溫度場的一個線性偏微分方程。接下來,張朝陽以一個有限長度的一維導熱棒的實例分析,向聽眾們介紹了求解線性偏微分方程的一般方法論:採用分離變量法獲得可能解的形式,然後根據邊界條件找到對解的約束,最後通過初始條件得到解的確定形式。在分析過程中,張朝陽也向聽眾們介紹了Fourier級數的概念和相關性質。


在課程之中,張朝陽從有限邁向無限。對無限長一維導熱問題的求解中,張朝陽證明了Fourier三角變換和復指數變換之間的關係。通過形式更加簡潔的復指數變換形式,張朝陽向聽眾介紹了物理學中重要的Green函數方法,並展示該方法普遍地處理初值問題中蘊含的強大威力。最後,張朝陽顯式地計算了一維無限長熱傳導問題的Green函數,為廣大觀眾帶來了一節深奧充實的物理課。


截至目前,《張朝陽的物理課》已直播一百餘期,內容豐富、覆蓋廣泛,理論公式由淺入深、繁簡交融。從去年11月開啟第一節物理直播課,他先是從經典物理學開始,科普了牛頓運動定律等;而後從經典物理的「兩朵烏雲」說起,向近現代物理過渡,探討了黑體輻射理論中的維恩公式、普朗克公式等知識。


此後逐步進入量子力學領域,從基礎的薛丁格方程等理論內容,到氫原子波函數,再到氣體定容比熱的溫度階梯,並順勢講解了熱力學定律。接著回到了經典物理,推導出飛船運行軌跡,估算太陽的結構與性質以及中子星的自轉速度,隨後講解了陀螺的進動,還計算出月球的潮汐高度。緊接著開始介紹狹義相對論的四維語言,並逐步過渡到了電磁學。

《張朝陽的物理課》的直播風格獨樹一幟:以演算物理為特色,注重從日常現象引入,通過一步一步詳盡計算和硬核推導,理解自然界的基本規律。


據了解,《張朝陽的物理課》於每周周五、周日中午12時在搜狐視頻直播,網友可以在搜狐視頻「關注流」中搜索「張朝陽」,觀看直播及往期完整視頻回放;關注「張朝陽的物理課」帳號,查看課程中的「知識點」短視頻;此外,還可以在搜狐新聞APP的「搜狐科技」帳號上,閱覽每期物理課程的詳細文章。

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