散度是一個描述向量場在某點發散或匯聚程度的標量值。其計算方式可以通過以下幾種方式進行:
直角坐標系下的定義:
對於一個向量場 ( \vec{F} = (P(x, y, z), Q(x, y, z), R(x, y, z)) ),其散度 ( \text{div}(\vec{F}) ) 定義為 (
abla \cdot \vec{F} = \frac{\partial P}{\partial x} + \frac{\partial Q}{\partial y} + \frac{\partial R}{\partial z} )。這裡的 (
abla ) 是哈密頓運算元,表示向量的所有偏導數之和。
散度的物理意義:
當 ( \text{div}(\vec{F}) > 0 ) 時,表示該點有散發通量的正源(發散源);
當 ( \text{div}(\vec{F}) < 0 ) 时,表示该点有吸收通量的负源(洞或汇);
當 ( \text{div}(\vec{F}) = 0 ) 時,表示該點的矢量場場線沒有發出也沒有匯聚。
散度的坐標變換公式:
在直角坐標系 ( xyz ) 下的散度為 ( \text{div}(\vec{F}) ),在一般曲線坐標系 ( uvw ) 下的散度為 ( \text{Div}(\vec{F}) )。轉換公式為 ( \text{Div}(\vec{F}) = \frac{1}{J} \cdot [\frac{\partial (JF_u)}{\partial u} + \frac{\partial (JF_v)}{\partial v} + \frac{\partial (JF_w)}{\partial w}] ),其中 ( J ) 是 ( uvw ) 坐標系下的雅可比行列式。
二維情況下的散度:
在二維空間中,散度計算簡化為 ( \frac{\partial P}{\partial x} + \frac{\partial Q}{\partial y} )。這與三維情況下的定義相似,只是少了一個維度。
通過以上定義和公式,我們可以計算出向量場中任意一點的散度值,從而了解該點的發散或匯聚情況。