通量与散度
一般地,设有向量场
,
其中函数,,有一阶连续偏导数,是场内的一片有向曲面,是曲面上点处的单位法向量,则沿曲面的第二类曲面积分
,
称为向量场通过曲面流向指定侧的通量. 而
称为向量场的散度,记为,即
(1)
利用上述概念,高斯公式可写成
(2)
在公式(2)中,如果向量场表示一不可压缩流体的稳定流速场,则公式的右端可解释为单位时间内离开闭区域的流体的总质量. 由于我们假定流体是不可压缩的和稳定的,因此流体在离开的同时,内部必须有产生流体的“源”产生出同样多的流体来进行补充. 所以,公式的左端可解释为单位时间内在内的“源”所产生的流体的总质量. 如果,则表明点是“源”,直观上表示有流体经由点处的一个小洞流入区域(见下图),其值表示源的强度;
如果,则表明点是“汇”,直观上表示有流体经由点处的一个小洞流入区域(再见下图),其值表示汇的强度;如果,则表明点既不是“源”也不是“汇”.
对公式(2)左端的三重积分,由三重积分的中值定理可得
其中为内的一点,是的体积. 于是,高斯公式变成
令收缩于点(此时必有),则有
散度有下列运算性质:
(1) (为常数);
(2) ;
(3) (为数量函数).
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