1. Главная
  2. Библиотека
  3. Высшая математика
  4. Начальная температура тела °C равна температуре окружаю...
Разбор задачи

Начальная температура тела °C равна температуре окружающей среды. Тело получает тепло от нагревательного прибора (скорость подачи тепла является заданной функцией времени: , где — постоянная теплоемкость тела). Кроме того, тело отдает тепло окружающей

  • Предмет: Высшая математика
  • Автор: Кэмп
  • #Математический анализ
  • #Дифференциальные уравнения
Начальная температура тела °C равна температуре окружающей среды. Тело получает тепло от нагревательного прибора (скорость подачи тепла является заданной функцией времени: , где — постоянная теплоемкость тела). Кроме того, тело отдает тепло окружающей

Условие:

Начальная температура тела (\theta_0)°C равна температуре окружающей среды. Тело получает тепло от нагревательного прибора (скорость подачи тепла является заданной функцией времени: (c\varphi(t)), где (c) — постоянная теплоемкость тела).

Кроме того, тело отдает тепло окружающей среде (скорость охлаждения пропорциональна разности между температурами тела и среды). Найти зависимость температуры тела от времени, отсчитываемого от начала опыта.

Решение:

Шаг 1: Запись уравнения теплопередачи

Температура тела θ(t)\theta(t) изменяется под воздействием двух факторов:

  1. Нагрев от прибора: cϕ(t)c \cdot \phi(t)
  2. Охлаждение: k(θ(t)θср)-k(\theta(t) - \theta_{\text{ср}}), где kk — коэффициент охлаждения, а θср\theta_{\text{ср}} — температура окружающей среды.

Таким образом, уравнение можно записать в виде:

mcdθ(t)dt=cϕ(t)k(θ(t)θср) m \cdot c \cdot \frac{d\theta(t)}{dt} = c \cdot \phi(t) - k(\theta(t) - \theta_{\text{ср}})

где mm — масса тела, cc — теплоемкость.

Шаг 2: Упрощение уравнения

Разделим обе стороны на mcmc:

dθ(t)dt=ϕ(t)mkmc(θ(t)θср) \frac{d\theta(t)}{dt} = \frac{\phi(t)}{m} - \frac{k}{mc}(\theta(t) - \theta_{\text{ср}})

Обозначим α=kmc\alpha = \frac{k}{mc}. Тогда уравнение примет вид:

dθ(t)dt=ϕ(t)m+αθсрαθ(t) \frac{d\theta(t)}{dt} = \frac{\phi(t)}{m} + \alpha \theta_{\text{ср}} - \alpha \theta(t)

Внутри — полный разбор, аргументация, алгоритм решения, частые ошибки и как отвечать на каверзные вопросы препода, если спросит

Попробуй решить по шагам

Попробуй один шаг и продолжи в режиме обучения или посмотри готовое решение

Какое из следующих утверждений наиболее точно описывает основной принцип, используемый для моделирования изменения температуры тела в данной задаче?

Что нужно знать по теме:

Что нужно знать по теме

Алгоритм решения

Топ 3 ошибок

Что спросит препод

Выбери предмет