6. Теплопроводность в цилиндре.
Мы рассмотрели до сих нор в этом параграфе задачи, зависящие только от одпой координаты. Перейдем теперь к рассмотрению теплопроводности или диффузии, сначала в цилиндрическом, а затем в шарообразном теле.
Полагаем, что рассматривается цилиндр бесконечной длины, и что температура — функция только от расстояния
от оси цилиндра; тогда, как в § 2, 2, можно вязать частное решение вида:
где
произвольные постоянные и
обозначает функцию Бесселя порядка нуль. Теперь надо удовлетворить граничному условию, требующему, чтобы поверхность цилиндра удерживалась при постоянной температуре, равной, например, нулю, так. что
при
Следовательно, X должны быть такими, чтобы удовлетворялось трансцендентное уравнение
Из теории функций Бесселя известно, что уравнение
имеет бесчисленное множество вещественных и положительных корней, которые могут быть взяты из соответствующей таблицы. Обозначим их через тогда граничное условие выполнено, если
Подставляя это в (27), умножая частное решение на произвольную постоянную
и суммируя по
от 1 до
получим общее решение:
Но так как при
вадано начальное условие
то
Всякая функция
(с известными ограничениями) разложима в подобный ряд.
Положим здесь
тогда
где
— корень
выражается так:
Возвращаясь к переменной
и принимая во внимание, что
имеем:
здесь обозначает соответствующее
-ому корню
значение
которое можно взять из таблицы или из чертежа. В силу (28), (29), получим окончательно искомое решение:
Если, например,
т. е. везде постоянно, то интегрирование в (30) можно выполнить, так как
тогда