Lösung der Poisson-Gleichung für verschiedene Anwendungen

 

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Mathematische Beschreibung

Partielle Differentialgleichungen der Technik

Programme

Differenzenverfahren

Finite Elemente

Andere Lösungsverfahren

Elektrische Felder

Poissongleichung in der Elektrotechnik

Strömungsmechanik

Wärmeleitungsgleichung

Stofftransportgleichungen

Diffusion

Torsion

Membrane

 

Mathematische Beschreibung der Poissongleichung

 

https://de.wikipedia.org/wiki/Poisson-Gleichung

Poisson-Gleichung Die Poisson-Gleichung ist eine elliptische partielle Differentialgleichung zweiter Ordnung

https://de.wikipedia.org/wiki/Potentialgleichung

https://de.wikipedia.org/wiki/Laplace-Gleichung

Potentialgleichung

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Poisson-Gleichung

https://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/scientificcomputing/lehre/material-skripte-downloads-etc/

https://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/10040900/2019/proj_elliptic.pdf

https://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/10040900/2019/proj_parabolic.pdf

Die Laplace-Gleichung: Definitionen, Sätze und Lösung

http://users.minet.uni-jena.de/~haroske/elli_11/elli_11-1.pdf

Die Laplace-Poisson-Gleichung

http://www.itp.tu-berlin.de/fileadmin/a3233/lehrevorws06/lehress04/TPIII/lesson6.pdf

Formale Lösung der Maxwellgleichungen bei Anwesenheit von Quellen

https://de.wikipedia.org/wiki/Konvektions-Diffusions-Gleichung

Flache Lösungen des Vlasov-Poisson-Systems. Dissertation. Dieses System beschreibt die zeitliche Entwicklung eines großen Systems von Teilchen im R3 unter dem Einfluss selbstkonsistenter Potenzialkräfte.

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite13.html

Fundamentallösung der Poisson-Gleichung in der Ebene

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite19.html

Eigenwertproblem für den Laplace-Operator

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite20.html

Eigenfunktionen des Laplace-Operators auf der Einheitskreisscheibe

https://th.physik.uni-frankfurt.de/~mwagner/theses/BA_Siefert.pdf

Eigenwertproblem für den Laplace-Operator. Eigenmoden des Gitter-Laplace-Operators

https://edoc.hu-berlin.de/handle/18452/17493

Symmetrisches Laplace Eigenwertproblem. Unsymmetrisches Konvektions-Diffusions Eigenwertproblem. Konforme Finite Elemente höherer Ordnung mit festem Polynomgrad. Schranken für die Eigenwerte des Laplace Operators. Adaptive Finite Elemente Methode. Fehlerschätzer für Konvektion-Diffusion Eigenwertprobleme

https://www.math.tu-berlin.de/fileadmin/i26_ng-schmidt/Abschlussarbeiten/ChristianHeier_Bachelor.pdf

Lösung von Eigenwertproblemen mittels Galerkin-Diskretisierung. Konvergenz von Operatoren. Spektraltheorie kompakter Operatoren.  Kompakte variationelle Eigenwertprobleme. Galerkin-Approximation des kompakten Eigenwertproblems

Spektrale Approximation kompakter Operatoren

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Laplace-Operator

 

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Partielle Differentialgleichungen der Technik. Eine Übersicht

 

https://www.uni-due.de/~hn213me/mt/s08/pdgl/vpdg.pdf

Partielle Differentialgleichungen

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Partielle Differentialgleichungen

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/index_full.html

Klassifikation

Partielle Differentialgleichung

System partieller Differentialgleichungen

Lineare partielle Differentialgleichung

Separationsansatz

Lineares System partieller Differentialgleichungen

Typ einer linearen partiellen Differentialgleichung zweiter Ordnung

Partielle Differentialgleichungen erster Ordnung

Charakteristiken einer linearen partiellen Differentialgleichung erster Ordnung

Eulers partielle Differentialgleichung

Cauchy-Problem für eine lineare partielle Differentialgleichung erster Ordnung

Charakteristische Kurven einer quasi-linearen partiellen Differentialgleichung erster Ordnung

Cauchy-Problem für quasi-lineare partielle Differentialgleichung erster Ordnung

Burgers Gleichung

Poisson-Gleichung

Fundamentallösung der Poisson-Gleichung in der Ebene

Poisson-Formel für eine Kreisscheibe

Fundamentallösung der Poisson-Gleichung im Raum

Greensche Funktion der Poisson-Gleichung

Poisson-Formel für eine Kugel

Maximumprinzip

Eigenwertproblem für den Laplace-Operator

Eigenfunktionen des Laplace-Operators auf der Einheitskreisscheibe

Eigenfunktionen des Laplace-Operators auf der Einheitskugel

Wellengleichung

Allgemeine Lösung der eindimensionalen Wellengleichung

Funktionalgleichung der eindimensionalen Wellengleichung

Cauchy-Problem für die eindimensionale Wellengleichung

Anfangsrandwertproblem für die eindimensionale Wellengleichung

Darboux-Gleichung der sphärischen Mittel

Cauchy-Problem für die dreidimensionale Wellengleichung

Wärmeleitungsgleichung

Cauchy-Problem für die Wärmeleitungsgleichung

Anfangsrandwertproblem für die eindimensionale Wärmeleitungsgleichung

https://www-m6.ma.tum.de/foswiki/pub/M6/Lehrstuhl/KarlHeinzHoffmann/PDE1_Hoffmann.pdf

Mathematische Modellierung physikalischer Prozesse. Beispiele linearer partieller Differentialgleichungen. Elliptische Gleichungen. Fundamentallösungen fur den Laplace-Operator. Das Maximumprinzip fur harmonische Funktionen. Die Greensche Funktion der Laplace-Gleichung fur das Dirichlet-Problem.  Hyperbolische Differentialgleichungen. Parabolische Differentialgleichungen.

http://www.mi.uni-koeln.de/Vorlesung_Sweers/PDGL09/Skript/PDGL09.pdf

Partielle Differentialgleichungen

http://www.mis.mpg.de/preprints/ln/lecturenote-2805.pdf

Theorie und Numerik elliptischer Differentialgleichungen. Die Potentialgleichung. Differenzenmethode fur die Poisson-Gleichung. Funktionalanalysis. Variationsformulierung. Die Methode der finiten Elemente. Das Ritz-Galerkin-Verfahren. Eigenwertprobleme elliptischer Operatoren. Finite-Element-Diskretisierung. Stabilitätsbedingungen.

http://www.mis.mpg.de/preprints/ln/lecturenote-2805.pdf

Funktionalanalysis, S.79-98

https://de.wikipedia.org/wiki/Bloch-Gleichungen

Bloch-Gleichungen – Magnetismus. Die Bloch-Gleichungen sind ein System von Bewegungsgleichungen für Zweiniveausysteme. Sie ermöglichen eine physikalische Deutung des paramagnetischen Resonanzeffekts in der magnetischen Kernresonanz und in der paramagnetischen Elektronenresonanz.

https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmann-Gleichung

Boltzmann-Gleichung - Thermodynamik . Die Boltzmann-Gleichung, oder auch Boltzmannsche Transportgleichung, ist die grundlegende Integro-Differentialgleichung im sechsdimensionalen Phasenraum der kinetischen Gastheorie und Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik. 

https://de.wikipedia.org/wiki/Clapeyron-Gleichung

Clapeyron-Gleichung – Thermodynamik. Die Clapeyron-Gleichung liefert die Steigung aller Phasengrenzlinien im p-T-Diagramm

https://de.wikipedia.org/wiki/Clausius-Gleichung

Clausius-Gleichung – Thermodynamik. Die Clausius-Gleichung ist eine Zustandsgleichung für reale Gase.

https://de.wikipedia.org/wiki/Clausius-Clapeyron-Gleichung

Clausius-Clapeyron-Gleichung – Thermodynamik. Über die Clausius-Clapeyron-Gleichung lässt sich der Verlauf der Siedepunktskurve errechnen, d. h. der Phasengrenzlinie eines Phasendiagramms zwischen der flüssigen und der gasförmigen Phase eines Stoffes.

https://de.wikipedia.org/wiki/Diffusionsgleichung

Diffusionsgleichung – Strömungsmechanik. Beispiel einer parabolischen Differentialgleichung und beschreibt den Zusammenhang zwischen der zeitlichen Änderung (Ableitung) und der räumlichen Änderung der Temperatur an einem Ort in einem Körper und eignet sich zur Berechnung instationärer Temperaturfelder.

https://de.wikipedia.org/wiki/Fokker-Planck-Gleichung

Die Fokker-Planck-Gleichung beschreibt die zeitliche Entwicklung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion.

https://de.wikipedia.org/wiki/Eulersche_Gleichungen_(Str%C3%B6mungsmechanik)

Euler-Gleichungen – Fluiddynamik. Partielles Differentialgleichungssystem 1. Ordnung, das sich als Sonderfall der Navier-Stokes-Gleichungen ergibt, falls die innere Reibung (Viskosität) und die Wärmeleitung des Fluids vernachlässigt werden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Helmholtz-Gleichung

Helmholtz-Gleichung. Die Helmholtz-Gleichung ist dementsprechend eine partielle Differentialgleichung (PDGL) zweiter Ordnung aus der Klasse der elliptischen PDGL. Sie ergibt sich auch z. B. aus der Wellengleichung nach Trennung der Variablen und Annahme harmonischer Zeitabhängigkeit.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kontinuit%C3%A4tsgleichung

Kontinuitätsgleichung. Eine Kontinuitätsgleichung ist eine bestimmte partielle Differentialgleichung, die zu einer Erhaltungsgröße (s. u.) gehört. Sie verknüpft die zeitliche Änderung der zu dieser Erhaltungsgröße gehörigen Dichte mit der räumlichen Änderung ihrer Stromdichte.

https://de.wikipedia.org/wiki/Laplace-Gleichung

Laplace-Gleichung. Die Laplace-Gleichung ist der Prototyp einer elliptischen partiellen Differentialgleichung. Koordinatendarstellungen Randwertprobleme Dirichlet-Problem Neumann-Problem Mittelwertsatz von Gauß Minimum-Maximum-Prinzip Fundamentallösung Lösung mittels Greenscher Funktion

https://de.wikipedia.org/wiki/Maxwellgleichungen

Maxwellgleichungen – Elektromagnetismus. Mikroskopische Maxwell-Gleichungen Makroskopische Maxwell-Gleichungen Differentielle und integrale Formulierung Die inhomogenen Maxwell-Gleichungen Die homogenen Maxwell-Gleichungen Die Materialgleichungen Die gesamten Maxwell-Gleichungen mit nur zwei Differentialformen Der vierdimensionale Ansatz Kovariante Formulierung der Maxwell-Gleichungen

https://de.wikipedia.org/wiki/Navier-Stokes-Gleichung

Navier-Stokes-Gleichung – Fluiddynamik. Impulsgleichung. Navier-Stokes-Gleichungen für inkompressible Fluide. Navier-Stokes-Gleichungen für kompressible Fluide

https://de.wikipedia.org/wiki/Biharmonische_Funktion

https://www.uni-due.de/~hn213me/mt/s08/pdgl/vpdg.pdf

Plattengleichung. Biharmonische Gleichung in der Kontinuumsmechanik bei Platten für die Verformung einer Platte in einem Punkt.

http://userwww.hs-nb.de/biw/mathiak/Umdrucke/Skript_Plattentheorie.pdf

Plattentheorie

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Plattentheorie

https://de.wikipedia.org/wiki/Airysche_Spannungsfunktion

Scheibenberechnung

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Scheibenberechnung

https://de.wikipedia.org/wiki/Rankine-Hugoniot-Gleichung

Die Rankine-Hugoniot-Gleichung beschreibt das Verhalten von Stoßwellen durch eine eindimensionale hyperbolische Erhaltungsgleichung.

https://www.reibungsphysik.tu-berlin.de/fileadmin/fg204/Lehre/2009_10_WiSe/Kontinuumsmechanik/Vorlesung_Kontinuumsmechanik.pdf

Schwingungsgleichungen. Kontimuumsmechanik. Reibung. Praxisbezug

http://edu.itp.phys.ethz.ch/2007b/ss06/km/script.pdf

Kapitel 9 Zweidimensionale Potentialströmungen. Kontimuumsmechanik. Elastische Medien. Elastostatik. Bilanzgleichungen. Schwingungen und Wellen. Plastische Deformationen und Kristallgitterversetzungen. Dynamik von Fluida. Eigenschaften idealer Fluide. Schwingungen und Wellen. Zweidimensionale Potentialströmungen. Inkompressible, viskose Fluide. Turbulenz

https://de.wikipedia.org/wiki/Boltzmannsche_Transportgleichung

Die Boltzmann-Gleichung, oder auch Boltzmannsche Transportgleichung, ist die grundlegende Integro-Differentialgleichung im sechsdimensionalen Phasenraum der kinetischen Gastheorie und Nicht-Gleichgewichts-Thermodynamik.

https://de.wikipedia.org/wiki/Kontinuit%C3%A4tsgleichung#Hydrodynamik

Transportgleichung der Hydrodynamik

https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitungsgleichung#Nichthomogene_Gleichung

Wärmeleitungsgleichung

https://de.wikipedia.org/wiki/Wellengleichung

Wellengleichung. Die homogene Wellengleichung ist eine lineare partielle Differentialgleichung zweiter Ordnung.

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite27.html

Cauchy-Problem für die dreidimensionale Wellengleichung

http://numerik.mi.fu-berlin.de/wiki/SS_2012/Vorlesungen/NumerikIII_Dokumente/Numerik3_Skript.pdf

Numerik von partiellen Differentialgleichungen

https://www.qwant.com/?q=Partielle+Differentialgleichungen+der+Technik&t=web

Partielle Differentialgleichungen der Technik

 

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Programme

 

http://www.tm-mathe.de/Themen/html/direkte_verfahren_vs__iteratio.html#Aussagen

Zusammenstellung von Vor- und Nachteilen von direkten und iterativen Verfahren

https://sourceforge.net/projects/apbs/

APBS is a software package for the numerical solution of the Poisson-Boltzmann equation

https://sourceforge.net/projects/maxima/

Maxima is a fairly complete computer algebra system

 

Stichworte zu: Modellierung elektromagnetischer Probleme

EM Modelling Information

- Method of Moments (MoM)

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- Boundary Element Method (BEM)

- Finite Element Method (FEM)

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- Finite Difference Frequency Domain (FDFD)

- Partial Element Equivalent Circuit (PEEC)

- Finite Integration Technique (FIT)

- Asymptotic Methods (GTD/UTD/PO)

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 - Finite Difference Time Domain (FDTD)

- Transmission Line Matrix Method (TLM)

- Finite Element Time Domain (FETD)

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- Finite Volume Time Domain (FVTD)

- Generalized Multipole Technique (GMT)

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- Time-Domain Method of Moments (TDMoM)

- Hybrid Methods

http://m2matlabdb.ma.tum.de/files.jsp?MC_ID=1&SC_ID=3

Matlab Database > Partial Differential Equations > PDE Toolbox

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Programme zur Berechnung der Poissongleichung

 

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Differenzenverfahren

 

http://www.mis.mpg.de/preprints/ln/lecturenote-2805.pdf

Differenzenmethode für die Poisson-Gleichung, S.27-60

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite16.html

Greensche Funktion der Poisson-Gleichung

http://www.spektrum.de/spektrum/projekt2/gaes11.htm

Finite-Differenzen-Verfahren zum Lösen partieller Differentialgleichungen

http://m2matlabdb.ma.tum.de/files.jsp?MC_ID=1&SC_ID=2

Matlab Database > Partial Differential Equations > Finite Difference Method

 https://www-user.tu-chemnitz.de/~potts/paper/poissonnfft.pdf

Fast Poisson solvers on nonequispaced grids: Multigrid and Fourier Methods compared

http://www.ddm.org/DD05/Parallel_Multigrid_Methods_on_Composite_Meshes.pdf

Parallel Multigrid Meshes

https://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/scientificcomputing/lehre/material-skripte-downloads-etc/

Numerical methods for optimization and optimal control

Modellierung und Wissenschaftliches Rechnen

Neural Networks and ODE Problems

Multilevel methods in optimization with partial differential equations

Short introduction to multigrid methods

https://www.mathematik.uni-wuerzburg.de/fileadmin/10040900/2019/mgintro.pdf

Introduction to multigrid methods

http://m2matlabdb.ma.tum.de/subcategories.jsp?MC_ID=1

Finite Differenzen für die Poisson-Gleichung. Ausführliche Aufbereitung für die Anwendung eines Differenzenverfahrens

Finite Difference Method

Finite Element Method

PDE Toolbox

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Finite Difference Method

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Finite Difference Method for Poisson-Equation

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Multigrid Meshes for Poisson-Equation

 

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Finite Elemente

 

http://m2matlabdb.ma.tum.de/files.jsp?MC_ID=1&SC_ID=1

Matlab Database > Partial Differential Equations > Finite Element Method

http://www.mis.mpg.de/preprints/ln/lecturenote-2805.pdf

Die Methode der finiten Elemente. Das Ritz-Galerkin-Verfahren. Fehlerabschätzungen. Finite Elemente. Eigenschaften der Systemmatrix. Finite-Element-Verfahren fur singuläre Lösungen. S.115-160

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Finite Elemente Poissongleichung

 

 

Andere Lösungsverfahren

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Finite_pointset_method

"Finite pointset method. The name finite pointset method is a general approach for the numerical solution of problems in continuum mechanics, such as the simulation of fluid flows. In this approach (often abbreviated as FPM) the medium is represented by a finite set of points, each endowed with the relevant local properties of the medium such as density, velocity, pressure, and temperature. Finite pointset methods are meshfree methods and therefore are easily adapted to domains with complex and/or time-evolving geometries and moving phase boundaries.”

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Lösungsverfahren für die Poissongleichung

 

 

Elektrische Felder

 

http://www.iue.tuwien.ac.at/phd/troger/node22.html

Text

http://www.iue.tuwien.ac.at/phd/troger/node22.html#SECTION00843000000000000000

Poisson-Gleichung. Diskretisierung

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Randwertprobleme der Elektrostatik

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Elektrische Felder

 

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Die Poissongleichung in der Elektrotechnik

 

http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw2_ge/kap_6/illustr/t6_2_1.html

Qualitative Lösung der Poisson Gleichung für den pn-Übergang

http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw2_ge/index.html

Einführung in die Materialwissenschaft

https://de.wikibooks.org/wiki/Maxwell-Gleichungen_in_der_klassischen_Elektrodynamik/_Elektrostatik#Poisson-Gleichung

Maxwell-Gleichungen in der klassischen Elektrodynamik/ Elektrostatik

1 Kontinuitätsgleichung

2 Elektromagnetische Potentiale

3 Poisson-Gleichung

4 Biot-Savart'scher Satz

5 Dipolentwicklung des elektrischen Feldes

6 Dipolentwicklung des magnetischen Feldes

7 Skalarpotential bei Anwesenheit von Dielektrika

8 Vektorpotential bei Anwesenheit von Magnetika

9 Elektrostatische Energie in Dielektrika

10 Elektrisches Quadrupolmoment

11 Energie des Magnetfeldes

http://othes.univie.ac.at/5324/1/2009-06-16_0502280.pdf

Three-Dimensional Modeling of a Nanowire Field-Effect Biosensor. Diplomarbeit

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Poissongleichung in der Elektrotechnik

 

 

Strömungsmechanik – die Poisson Gleichung für den Druck und die Dynamik

 

http://wissrech.ins.uni-bonn.de/teaching/seminare/fe_fluids/ws06/florian-salm.pdf

Folien

 

Stichworte

Mathematische Strömungslehre

1 Grundgleichungen der Strömungsmechanik

2 Klassifizierung und Charakteristiken partieller Differentialgleichungen

3 Grundlagen der numerischen Lösung

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4 Iterationsverfahren für elliptische Differentialgleichungen

Konvergenz von Iterationsverfahren

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Berechnung des diskreten Eigenwertproblemes

5 Numerische Lösung parabolischer, partieller Differentialgleichungen

Lösung der Fourier-Gleichung

Grenzschichtgleichungen

6 Numerische Lösung skalarer hyperbolischer Differentialgleichungen

Skalare, hyperbolische Gleichungen 2. Ordnung

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Formulierung der Euler Gleichungen

8 Numerische Lösung der Euler Gleichungen

Implizite Schemata für die Euler-Gleichungen

Ortsdiskretisierung in mehreren Dimensionen

Ortsdiskretisierung in 2-D, kartesischen Gittern

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Ortsdiskretisierung in krummlinigen Gittern

http://www.peter-junglas.de/fh/vorlesungen/skripte/stroemungslehre1.pdf

Strömungslehre

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Poisson Gleichung für den Druck

 

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Wärmeleitungsgleichung

 

https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitungsgleichung

Skript

https://de.wikipedia.org/wiki/Konvektions-Diffusions-Gleichung Die Konvektions-Diffusions-Gleichung ist eine partielle Differentialgleichung aus dem Gebiet der statistischen Physik und der Transportphänomene. Sie beschreibt den Transport von Teilchen, Energie, Temperatur usw. durch eine Kombination von Diffusion und Fluss (Konvektion/Advektion).

https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmeleitung

Wärmeleitungsgleichungen. Mathematisch wird das Phänomen "Wärmeleitung" durch eine partielle Differentialgleichung beschrieben. Sie hat eine parabolische Charakteristik.

https://de.wikipedia.org/wiki/Temperaturleitf%C3%A4higkeit

https://de.wikipedia.org/wiki/Temperaturleitf%C3%A4higkeit#W.C3.A4rmeleitungsgleichung

Temperaturleitfähigkeit

https://mo.mathematik.uni-stuttgart.de/kurse/kurs27/seite29.html

Anfangsrandwertproblem für die eindimensionale Wärmeleitungsgleichung

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Wärmeleitungsgleichung

 

 

Stofftransportgleichungen

 

 https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/fakultaeten/fakultaet_maschinenwesen/ilr/tfd/studium/dateien/Thermofluiddynamik_AS.pdf  

Wärme- und Stoffübertragung in Strömungen

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Wärme- und Stoffübertragung in Strömungen

http://www.mi.uni-koeln.de/Vorlesung_Sweers/PDGL09/Skript/PDGL09.pdf

Transportgleichungen

https://lite.qwant.com/?q=Transportgleichungen

Transportgleichungen

 

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Diffusion

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion_equation

Diffusion, Gleichungen

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Diffusion

http://en.wikipedia.org/wiki/Fick%27s_law_of_diffusion

Ficks Law of Diffusion

http://www.pci.tu-bs.de/aggericke/PC2/Kap_0/Diffusion_2.htm

Das 2. Ficksche Gesetz

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Das 2. Ficksche Gesetz

http://www.tcs.uni-luebeck.de/downloads/papers/2007/Bachelorarbeit.pdf

Partikelsimulation einer Reaktions-Diffusionsgleichung

https://lite.qwant.com/?q=Reaktions-Diffusionsgleichung

Reaktions-Diffusionsgleichung

 

Torsion

 

http://www.bau.uni-siegen.de/subdomains/bauinformatik/lehre/tm2/arbeitsblaetter/torsion.pdf

Folien

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Torsion

 

Membrane

 

http://numerik.mi.fu-berlin.de/wiki/SS_2012/Vorlesungen/NumerikIII_Dokumente/Numerik3_Skript.pdf

Auslenkung einer Membran

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Membrane

https://lite.qwant.com/?q=Statische+Berechnung+von+Membrankonstruktionen

Statische Berechnung von Membrankonstruktionen