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Laplace-Gleichung
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Die Laplace-Gleichung (nach Pierre-Simon Laplace) ist die homogene Variante der Poisson-Gleichung, d. h. die rechte Seite ist Null. Zu Lösen ist also:
in einem Gebiet Ω unter geeigneten Randbedingungen auf dem Rand
. Δ ist dabei der Laplace-Operator:
Die Laplace-Gleichung ist dementsprechend eine partielle Differentialgleichung (PDG) zweiter Ordnung und zwar der Prototyp einer elliptischen PDG.
Inhaltsverzeichnis |
Harmonische Funktion
Eine Funktion u(x,y) heißt harmonisch in einem Gebiet Ω, falls sie zweimal stetig differenzierbar ist und die Laplace-Gleichung auf dem Gebiet erfüllt.
Mittelwertprinzip
Gilt
auf einem Gebiet Ω, so ist der Wert von
an der Stelle
gleich dem Mittelwert von
auf der Oberfläche jeder Kugel in Ω mit Mittelpunkt x. Dies lässt sich durch Lösen des Dirichlet-Problems der Poisson-Gleichung beweisen.
Maximumsprinzip
Gilt
auf einem beschränkten, geschlossenen Gebiet Ω, dann ist das Maximum von
auf dem Rand:
Bedeutung in der Physik
Die Laplace-Gleichung beschreibt elektrische Potentiale, wenn die Situation nicht vollständig durch die Ladungsverteilung gegeben ist. Dies ist dann der Fall, wenn neben beliebigen Ladungsverteilungen auch ungeladene, leitende Elemente die Feldverteilung
beeinflussen. Mit
wird hier durch Lösen der Laplace-Gleichung das elektrostatische Potential berechnet, das durch die Ladungsverteilungen und die verschiedenen leitenden Elemente - zum Beispiel Metallplatten - induziert wird.
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