煮熟的火腿在恒温环境中如何散热?《张朝阳的物理课》求解柱坐标下热传导方程

2023-02-27 16:09 李丽 1552 点击

怎么描述柱坐标体系下的热传导方程?对比高对称性的球坐标的热传导方程,柱坐标下的热传导方程又会有什么样的区别?如何利用贝塞尔函数描述传热系数极大情况下的柱坐标的热传导方程?2月24日12时,《张朝阳的物理课》第一百二十五期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,通过贝塞尔方程求解柱坐标下的热传导方程,并成功得到其温度分布。之后又通过传热系数极大等边界条件,借助正交基的方法,解出了柱坐标下的温度分布方程。

张朝阳先根据之前直播课程中已介绍过的三维球体热传导方程推导出了柱体的热传导方程。随后,张朝阳和求解球体热传导方程一样使用分离变量的方法,极大地简化了方程,并猜测出柱体的热传导方程的解的形式是由一个e指数乘以一个贝塞尔函数。

接着,张朝阳证明了贝塞尔方程的解永久满足柱体中心的热流为0的边界条件,随后又结合传热系数极大的情况牛顿冷却定律,以及时间无限长之后柱体温度会趋近于外界温度这两个条件,求出了温度分布函数中的常数项,并使用贝塞尔函数等于0的解来表示温度场分布。

最后,像上一节课中利用傅里叶级数的正交性求解球体热传导方程中的系数一样,张朝阳利用贝塞尔函数的正交性,求出了柱体的热传导方程中的非常数项系数。至此,张朝阳得到了传热系数极大的柱体在恒温环境下热传导方程的解的完整表达式。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播一百余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度。

随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。紧接着开始介绍狭义相对论的四维语言,并逐步过渡到了电磁学。之后从阿基米德的浮力定律开始,讲解流体力学最重要的NS方程,以及流体力学在生活中的应用。最近又由热传导方程解释了生活中热量的传递。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:以演算物理为特色,注重从日常现象引入,通过一步一步详尽计算和硬核推导,理解自然界的基本规律。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。在“科学的浪漫”公开课中,清华大学化学博士、化学工程师、科普作家孙亚飞带你探究“中国媒娥探测器的材料秘密”;中国科学院国家授时中心副研究员、中国科学院青年促进会会员、国际天文学会会员陈江教会你“古人如何准确测算重要节日时间”;天文科普播主、科学队长联合创始人魏朝博讲解“月球对于人类的意义”;北京师范大学系统科学学院副教授、博士生导师崔晓华分享“天体运动如何变轨”……未来将有更多知识主播入驻搜狐视频,一同玩转科学,探索不同领域。

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