المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

الرياضيات
عدد المواضيع في هذا القسم 9761 موضوعاً
تاريخ الرياضيات
الرياضيات المتقطعة
الجبر
الهندسة
المعادلات التفاضلية و التكاملية
التحليل
علماء الرياضيات

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر
The structure of the tone-unit
2024-11-06
IIntonation The tone-unit
2024-11-06
Tones on other words
2024-11-06
Level _yes_ no
2024-11-06
تنفيذ وتقييم خطة إعادة الهيكلة (إعداد خطة إعادة الهيكلة1)
2024-11-05
مـعاييـر تحـسيـن الإنـتاجـيـة
2024-11-05


Heat Conduction Equation  
  
1460   02:52 مساءً   date: 13-7-2018
Author : المرجع الالكتروني للمعلوماتيه
Book or Source : المرجع الالكتروني للمعلوماتيه
Page and Part : ...


Read More
Date: 25-7-2018 1687
Date: 21-7-2018 2131
Date: 13-7-2018 993

Heat Conduction Equation

 

A partial differential diffusion equation of the form

 (partialU)/(partialt)=kappadel ^2U.

(1)

Physically, the equation commonly arises in situations where kappa is the thermal diffusivity and U the temperature.

The one-dimensional heat conduction equation is

 (partialU)/(partialt)=kappa(partial^2U)/(partialx^2).

(2)

This can be solved by separation of variables using

 U(x,t)=X(x)T(t).

(3)

Then

 X(dT)/(dt)=kappaT(d^2X)/(dx^2).

(4)

Dividing both sides by kappaXT gives

 1/(kappaT)(dT)/(dt)=1/X(d^2X)/(dx^2)=-1/(lambda^2),

(5)

where each side must be equal to a constant. Anticipating the exponential solution in T, we have picked a negative separation constant so that the solution remains finite at all times and lambda has units of length. The T solution is

 T(t)=Ae^(-kappat/lambda^2),

(6)

and the X solution is

 X(x)=Bcos(x/lambda)+Csin(x/lambda).

(7)

The general solution is then

U(x,t) = T(t)X(x)

(8)

= Ae^(-kappat/lambda^2)[Bcos(x/lambda)+Csin(x/lambda)]

(9)

= e^(-kappat/lambda^2)[Dcos(x/lambda)+Esin(x/lambda)].

(10)

If we are given the boundary conditions

 U(0,t)=0

(11)

and

 U(L,t)=0,

(12)

then applying (11) to (10) gives

 Dcos(x/lambda)=0=>D=0,

(13)

and applying (12) to (10) gives

 Esin(L/lambda)=0=>L/lambda=npi=>lambda=L/(npi),

(14)

so (10) becomes

 U_n(x,t)=E_ne^(-kappa(npi/L)^2t)sin((npix)/L).

(15)

Since the general solution can have any n,

 U(x,t)=sum_(n=1)^inftyc_nsin((npix)/L)e^(-kappa(npi/L)^2t).

(16)

Now, if we are given an initial condition U(x,0), we have

 U(x,0)=sum_(n=1)^inftyc_nsin((npix)/L).

(17)

Multiplying both sides by sin(mpix/L) and integrating from 0 to L gives

 int_0^Lsin((mpix)/L)U(x,0)dx=int_0^Lsum_(n=1)^inftyc_nsin((mpix)/L)sin((npix)/L)dx.

(18)

Using the orthogonality of sin(nx) and sin(mx),

sum_(n=1)^(infty)c_nint_0^Lsin((npix)/L)sin((mpix)/L)dx = sum_(n=1)^(infty)1/2Ldelta_(mn)c_n

(19)

= L/2c_m

(20)

= int_0^Lsin((mpix)/L)U(x,0)dx,

(21)

so

 c_m=2/Lint_0^Lsin((mpix)/L)U(x,0)dx.

(22)

If the boundary conditions are replaced by the requirement that the derivative of the temperature be zero at the edges, then (◇) and (◇) are replaced by

 (partialU)/(partialx)|_((0,t))=0

(23)

 (partialU)/(partialx)|_((L,t))=0.

(24)

Following the same procedure as before, a similar answer is found, but with sine replaced by cosine:

 U(x,t)=1/2c_0+sum_(n=1)^inftyc_ncos((npix)/L)e^(-kappa(npi/L)^2t),

(25)

where

 c_n=2/Lint_0^Lcos((mpix)/L)U(x,0)dx.

(26)




الجبر أحد الفروع الرئيسية في الرياضيات، حيث إن التمكن من الرياضيات يعتمد على الفهم السليم للجبر. ويستخدم المهندسون والعلماء الجبر يومياً، وتعول المشاريع التجارية والصناعية على الجبر لحل الكثير من المعضلات التي تتعرض لها. ونظراً لأهمية الجبر في الحياة العصرية فإنه يدرّس في المدارس والجامعات في جميع أنحاء العالم. ويُعجب الكثير من الدارسين للجبر بقدرته وفائدته الكبيرتين، إذ باستخدام الجبر يمكن للمرء أن يحل كثيرًا من المسائل التي يتعذر حلها باستخدام الحساب فقط.وجاء اسمه من كتاب عالم الرياضيات والفلك والرحالة محمد بن موسى الخورازمي.


يعتبر علم المثلثات Trigonometry علماً عربياً ، فرياضيو العرب فضلوا علم المثلثات عن علم الفلك كأنهما علمين متداخلين ، ونظموه تنظيماً فيه لكثير من الدقة ، وقد كان اليونان يستعملون وتر CORDE ضعف القوسي قياس الزوايا ، فاستعاض رياضيو العرب عن الوتر بالجيب SINUS فأنت هذه الاستعاضة إلى تسهيل كثير من الاعمال الرياضية.

تعتبر المعادلات التفاضلية خير وسيلة لوصف معظم المـسائل الهندسـية والرياضـية والعلمية على حد سواء، إذ يتضح ذلك جليا في وصف عمليات انتقال الحرارة، جريان الموائـع، الحركة الموجية، الدوائر الإلكترونية فضلاً عن استخدامها في مسائل الهياكل الإنشائية والوصف الرياضي للتفاعلات الكيميائية.
ففي في الرياضيات, يطلق اسم المعادلات التفاضلية على المعادلات التي تحوي مشتقات و تفاضلات لبعض الدوال الرياضية و تظهر فيها بشكل متغيرات المعادلة . و يكون الهدف من حل هذه المعادلات هو إيجاد هذه الدوال الرياضية التي تحقق مشتقات هذه المعادلات.