擴散方程和熱傳導方程是親兄弟?《張朝陽的物理課》求解一維單向擴散方程

中國青年網 發佈 2024-04-27T16:34:17.805510+00:00

怎麼描述物質的擴散?對比熱傳導方程,物質的擴散方程又會有什麼樣的區別?如何通過δ函數和奇延拓的方式得到一維擴散方程的解?

怎麼描述物質的擴散?對比熱傳導方程,物質的擴散方程又會有什麼樣的區別?如何通過δ函數和奇延拓的方式得到一維擴散方程的解?3月3日12時,《張朝陽的物理課》第一百二十六期開播,搜狐創始人、董事局主席兼CEO張朝陽坐鎮搜狐視頻直播間,首先帶我們複習了前面課程中提到的熱傳導方程的建立,隨後通過菲克定律和物質守恆定律,建立了擴散方程。隨後又通過換元、奇延拓以及引入δ函數的方式,推導並獲得了一維單向物質擴散方程的解。

張朝陽先回顧了之前課程中講解的利用傅立葉定律和熱力學第一定律建立的熱傳導方程。隨後用相同的方法,藉助菲克定律和物質守恆建立了擴散方程。發現擴散方程和熱傳導方程具有類似的形式。

接著,為了研究一個恆定濃度的氧氣從單面擴散進入氧化鐵的問題(一維單向擴散),張朝陽使用前面課程中講解過的引入δ函數並對全域積分的形式展開了密度函數。結合之前課程內容可知這是一個狄利克雷邊界條件,此時可以使用奇延拓的方法通過換元大幅度化簡方程的形式。

最後,張朝陽利用誤差函數和余誤差函數和高斯積分有類似形式的特點,將誤差函數代入結果中,可以得到一維單向擴散中密度函數的解剛好是初始濃度n0乘以余誤差函數的形式

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。之後從阿基米德的浮力定律開始,講解流體力學最重要的NS方程,以及流體力學在生活中的應用。最近又由熱傳導方程解釋了生活中熱量的傳遞。

《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。

來源:中國青年網

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