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标量场,矢量场,散度,旋度

2011-04-05 22:53阅读:
标量场,矢量场,散度,旋度
  基础观点:矢量场。
  假设有一个三维空间,显然空间的每一个点都能用坐标(x, y, z)唯一地标识出来。要是给空间的每一个点都授予一个数字,那么整个空间就充实了数字。此时,这个充实数字的三维空间在数学上就叫做'场'。
  上述的场叫做标量场,由于单纯的一个数字叫做'标量(scalar)'。倘若我们给空间的每一个点都授予一个矢量(vector),即一个既有巨细,又有倾向的器械,那么整个空间就形成充实了矢量,这个空间就叫做矢量场。
  矢量场中的每一点都对应于一个矢量,而矢量可能遵照法则举行种种运算,比如加、减和乘等(数学上没有矢量的除法)。
  显然,我们可以对整个矢量场中的每一个矢量同时举行某种运算,比如同时将它们乘以一个数,或加上一个数等。但是我们可以对整个矢量场举行一些更庞杂的运算,此中散度便是此中一种。
  三维空间中的一个矢量可以沿x、y和z倾向分化,现假设空间的某一点被授予的矢量可能沿着这3个倾向分化为巨细为P、Q和R的三个分量,表现为(P,Q,R)。注意,由于空间中每个点被授予的矢量平常来说是分别的,因此P、Q和R的巨细在空间的分别的点平常有分别的值,也便是说P、Q和R中每一个都是x、y和z的函数。
  对三维矢量场来说,我们可以对此中一个点的矢量,假设为(P,Q,R)举行以下操纵:
  1、求出dP/dx+dQ/dy+dR/dz的值,此中dP/dx表现求P对x的一阶偏导数,另外相似;
  2、将这个值授予这个点
  对整个矢量场的每个点均举行以上运算,就即是给整个三维空间的每个点都授予了一个值,于是我们就得出了一个新的标量场,这个标量场就叫做原来的矢量场的散度(divergence),这种运算就叫做'对矢量场取散度'。
  除了散度运算以外,我们还可以对矢量场举行其余的运算,比如旋度运算(curl)。
  跟散度运算分别,旋度运算的结局不是标量场,而是另一个矢量场。
  而涡度便是一个速率场的旋度,显然涡度是一个矢量场的一个类别。
  直角坐标系中散度、旋度和梯度的表现式
   标量场,矢量场,散度,旋度

  ▽算符:
  在直角坐标系中▽算符界说为
  使用▽算符,可以把散度、旋度和梯度表为:
  divf=▽·f
  rotf=▽×f
  grad =▽
  在式中▽算符与另一矢量的标积和矢积形势上按平常矢量的标积和矢积运算。
  标量场的梯度必为无旋场
  ▽×▽ ≡0.
  矢量场的旋度必为无源场
  ▽·▽×f=0
  //这个貌似便是调和方程的器械了 Δ f =0.... Δ= ▽·▽ // ^_^
  ▽算符在倾向相干上是一个矢量,因此它的运算具有矢量运算的特点;其它,▽算符分别于平常矢量,它是微分算符,因此在其运算中我们务必思考到微分运算的特点,不克把它和平常矢量恣意对换位置。
  意义:若一矢量场无旋即该矢量场无任何环流量,则该矢量场具有落伍性,如电场,一电荷沿闭合路径活动,则不作功.相应的标量场,如重力场.
  若一矢量场无散即散度为零,如磁场即为无散场.
  由于不存在磁单极子磁力线总是闭合弧线,因此任何一条进来一个闭合曲面的磁力线必然会从曲面内部出来,不然这条磁力线就不会闭合起来了。倘若对付一个闭合曲面,界说向外为正法线的指向,则进来曲面的磁通量为负,出来的磁通量为正,那么就可以得到始末一个闭合曲面的总磁通量为0。这个纪律雷同于电场中的高斯定理,因此也称为高斯定理
  与静电场中的高斯定理相斗劲,两者有着本色上的区别。在静电场中,由于自然界中存在着独立的电荷,因此电场线有开始和终点,只要闭合面内有净余的正(或负)电荷(如球面中心有一电荷),穿过闭合面的电通量就不即是零,即静电场是有源场;而在磁场中,由于自然界中没有单独的磁极存在,N极和S极是不克辞别的,磁感线都是无头无尾的闭合线,因此始末任何闭合面的磁通量必即是零

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