विचलन

This article is about divergence in vector calculus. For divergence of infinite series, see Divergent series. For divergence in statistics, see Divergence (statistics). For other uses, see विचलन (disambiguation).

विभिन्न वेक्टर क्षेत्रों का विचलन। बिंदु (एक्स, वाई) से वैक्टर का विचलन एक्स-घटक के आंशिक व्युत्पन्न-के-सम्मान-से-एक्स के योग के बराबर होता है और उस पर वाई-घटक के आंशिक व्युत्पन्न-के-सम्मान-से-वाई के योग के बराबर होता है बिंदु: $\nabla \!\cdot (\mathbf {V} (x,y))={\frac {\partial \ {V_{x}(x,y)}}{\partial {x}}}+{\frac {\partial \ {V_{y}(x,y)}}{\partial {y}}}$

सदिश कलन में, विचलन एक सदिश संचालिका है जो एक सदिश क्षेत्र पर संचालित होता है, प्रत्येक बिंदु पर सदिश क्षेत्र के स्रोत की मात्रा देने वाले एक अदिश क्षेत्र का उत्पादन करता है। अधिक तकनीकी रूप से, विचलन किसी दिए गए बिंदु के चारों ओर एक असीम मात्रा से सदिश क्षेत्र के बाहरी प्रवाह की मात्रा घनत्व का प्रतिनिधित्व करता है।

उदाहरण के तौर पर, हवा को गर्म या ठंडा होने पर विचार करें। प्रत्येक बिंदु पर हवा का वेग एक सदिश क्षेत्र को परिभाषित करता है। जबकि हवा एक क्षेत्र में गर्म होती है, यह सभी दिशाओं में फैलती है, और इस प्रकार वेग क्षेत्र उस क्षेत्र से बाहर की ओर इशारा करता है। इस प्रकार उस क्षेत्र में वेग क्षेत्र के विचलन का सकारात्मक मूल्य होगा। जबकि हवा ठंडी होती है और इस प्रकार सिकुड़ती है, वेग के विचलन का नकारात्मक मान होता है।

विचलन की भौतिक व्याख्या

भौतिक दृष्टि से, सदिश क्षेत्र का अपसरण वह सीमा है जिस तक सदिश क्षेत्र प्रवाह किसी दिए गए बिंदु पर स्रोत की तरह व्यवहार करता है। यह इसकी बहिर्गामीता का एक स्थानीय माप है - वह सीमा जिस तक अंतरिक्ष के एक अतिसूक्ष्म क्षेत्र से बाहर निकलने वाले क्षेत्र सदिश उसमें प्रवेश करने की तुलना में अधिक हैं। एक बिंदु जिस पर फ्लक्स बहिर्गामी होता है, सकारात्मक विचलन होता है, और इसे अक्सर क्षेत्र का स्रोत कहा जाता है। एक बिंदु जिस पर फ्लक्स को अंदर की ओर निर्देशित किया जाता है, नकारात्मक विचलन होता है, और इसे अक्सर क्षेत्र का सिंक कहा जाता है। किसी दिए गए बिंदु को घेरने वाली छोटी सतह के माध्यम से क्षेत्र का प्रवाह जितना अधिक होता है, उस बिंदु पर विचलन का मान उतना ही अधिक होता है। एक बिंदु जिस पर एक संलग्न सतह के माध्यम से शून्य प्रवाह होता है, शून्य विचलन होता है।

सदिश क्षेत्र के विचलन को अक्सर तरल, तरल या गैस के वेग क्षेत्र के सरल उदाहरण का उपयोग करके चित्रित किया जाता है। गतिमान गैस के प्रत्येक बिंदु पर एक वेग, एक गति और दिशा होती है, जिसे एक सदिश (गणित और भौतिकी) द्वारा दर्शाया जा सकता है, इसलिए गैस का वेग एक सदिश क्षेत्र बनाता है। यदि किसी गैस को गर्म किया जाए तो वह फैलती है। यह सभी दिशाओं में बाहर की ओर गैस कणों की शुद्ध गति का कारण बनेगा। गैस में कोई भी बंद सतह गैस को घेरेगी जो फैल रही है, इसलिए सतह के माध्यम से गैस का बाहरी प्रवाह होगा। तो वेग क्षेत्र में हर जगह सकारात्मक विचलन होगा। इसी प्रकार यदि गैस को ठंडा किया जाए तो वह सिकुड़ेगी। किसी भी मात्रा में गैस के कणों के लिए अधिक जगह होगी, इसलिए द्रव के बाहरी दबाव से किसी भी बंद सतह के माध्यम से गैस की मात्रा का शुद्ध प्रवाह होगा। इसलिए वेग क्षेत्र में हर जगह नकारात्मक विचलन होता है। इसके विपरीत, स्थिर तापमान और दबाव पर गैस में, किसी भी बंद सतह से गैस का शुद्ध प्रवाह शून्य होता है। गैस गतिमान हो सकती है, लेकिन किसी भी बंद सतह में प्रवाहित होने वाली गैस की आयतन दर बाहर बहने वाली आयतन दर के बराबर होनी चाहिए, इसलिए शुद्ध प्रवाह शून्य है। इस प्रकार गैस के वेग में हर जगह शून्य विचलन होता है। एक क्षेत्र जिसमें हर जगह शून्य विचलन होता है, सोलेनोइडल वेक्टर क्षेत्र कहलाता है।

यदि गैस को केवल एक बिंदु या छोटे क्षेत्र में गर्म किया जाता है, या एक छोटी ट्यूब पेश की जाती है जो एक बिंदु पर अतिरिक्त गैस के स्रोत की आपूर्ति करती है, तो वहां गैस का विस्तार होगा, इसके चारों ओर द्रव कणों को सभी दिशाओं में बाहर धकेल दिया जाएगा। यह गर्म बिंदु पर केंद्रित पूरे गैस में एक बाहरी वेग क्षेत्र का कारण बनेगा। गर्म बिंदु को घेरने वाली किसी भी बंद सतह से निकलने वाले गैस कणों का प्रवाह होगा, इसलिए उस बिंदु पर सकारात्मक विचलन होता है। हालाँकि किसी भी बंद सतह में बिंदु को शामिल नहीं करने से अंदर गैस का एक निरंतर घनत्व होगा, इसलिए जिस तरह कई द्रव कण मात्रा छोड़ने के रूप में प्रवेश कर रहे हैं, इस प्रकार आयतन से शुद्ध प्रवाह शून्य है। इसलिए किसी अन्य बिंदु पर विचलन शून्य है।

परिभाषा

एक बिंदु पर विचलन x प्रवाह के अनुपात की सीमा है $\Phi$ सतह के माध्यम से S_i (लाल तीर) मात्रा के लिए $|V_{i}|$ बंद क्षेत्रों के किसी भी क्रम के लिए V₁, V₂, V₃, … संलग्नित x जो ज़ीरो वॉल्यूम तक पहुंचता है:
$\operatorname {div} \mathbf {F} =\lim _{|V_{i}|\to 0}{\frac {\Phi (S_{i})}{|V_{i}|}}$

एक वेक्टर क्षेत्र का विचलन F(x) एक बिंदु पर x₀ की सतह अभिन्न के अनुपात की सीमा (गणित) के रूप में परिभाषित किया गया है F वॉल्यूम की बंद सतह से बाहर V संलग्नित x₀ की मात्रा के लिए V, जैसा V शून्य हो जाता है

$\left.\operatorname {div} \mathbf {F} \right|_{\mathbf {x_{0}} }=\lim _{V\to 0}{\frac {1}{|V|}}$ $\scriptstyle S(V)$