Etude mathématique d'équations aux dérivées partielles issues de la physique des plasmas (Vlasov-Poisson et Vlasov-Poisson-Boltzmann) PDF Download
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Book Description
Les deux premiers chapitres de ce travail sont consacrés à l’étude de l’équation de Vlasov-Poisson dans le cadre de la modélisation d’un faisceau de particules chargées. Nous établissons l’existence et l’unicité de solutions stationnaires, qui sont des fonctions fixées de l’énergie et du moment angulaire. Nous recourons d’abord à une méthode variationnelle, puis à une méthode constructive de tir. Le troisième chapitre étudie, pour des solutions de l’équation de Vlasov-Poisson-Boltzmann, la propagation des singularités locales de la distribution initiale.
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Les deux premiers chapitres de ce travail sont consacrés à l’étude de l’équation de Vlasov-Poisson dans le cadre de la modélisation d’un faisceau de particules chargées. Nous établissons l’existence et l’unicité de solutions stationnaires, qui sont des fonctions fixées de l’énergie et du moment angulaire. Nous recourons d’abord à une méthode variationnelle, puis à une méthode constructive de tir. Le troisième chapitre étudie, pour des solutions de l’équation de Vlasov-Poisson-Boltzmann, la propagation des singularités locales de la distribution initiale.
Author: Alexander Sinitsyn Publisher: Elsevier ISBN: 0123877806 Category : Mathematics Languages : en Pages : 321
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Boltzmann and Vlasov equations played a great role in the past and still play an important role in modern natural sciences, technique and even philosophy of science. Classical Boltzmann equation derived in 1872 became a cornerstone for the molecular-kinetic theory, the second law of thermodynamics (increasing entropy) and derivation of the basic hydrodynamic equations. After modifications, the fields and numbers of its applications have increased to include diluted gas, radiation, neutral particles transportation, atmosphere optics and nuclear reactor modelling. Vlasov equation was obtained in 1938 and serves as a basis of plasma physics and describes large-scale processes and galaxies in astronomy, star wind theory.This book provides a comprehensive review of both equations and presents both classical and modern applications. In addition, it discusses several open problems of great importance. - Reviews the whole field from the beginning to today - Includes practical applications - Provides classical and modern (semi-analytical) solutions
Author: Pierre Bertrand Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1119662842 Category : Science Languages : en Pages : 220
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The Vlasov equation is the master equation which provides a statistical description for the collective behavior of large numbers of charged particles in mutual, long-range interaction. In other words, a low collision (or “Vlasov”) plasma. Plasma physics is itself a relatively young discipline, whose “birth” can be ascribed to the 1920s. The origin of the Vlasov model, however, is even more recent, dating back to the late 1940s. This “young age” is due to the rare occurrence of Vlasov plasma on Earth, despite the fact it characterizes most of the visible matter in the universe. This book – addressed to students, young researchers and to whoever wants a good understanding of Vlasov plasmas – discusses this model with a pedagogical presentation, focusing on the general properties and historical development of the applications of the Vlasov equation. The milestone developments discussed in the first two chapters serve as an introduction to more recent works (characterization of wave propagation and nonlinear properties of the electrostatic limit).
Author: Ralf Blossey Publisher: Springer Nature ISBN: 3031247825 Category : Science Languages : en Pages : 113
Book Description
This brief book introduces the Poisson-Boltzmann equation in three chapters that build upon one another, offering a systematic entry to advanced students and researchers. Chapter one formulates the equation and develops the linearized version of Debye-Hückel theory as well as exact solutions to the nonlinear equation in simple geometries and generalizations to higher-order equations. Chapter two introduces the statistical physics approach to the Poisson-Boltzmann equation. It allows the treatment of fluctuation effects, treated in the loop expansion, and in a variational approach. First applications are treated in detail: the problem of the surface tension under the addition of salt, a classic problem discussed by Onsager and Samaras in the 1930s, which is developed in modern terms within the loop expansion, and the adsorption of a charged polymer on a like-charged surface within the variational approach. Chapter three finally discusses the extension of Poisson-Boltzmann theory to explicit solvent. This is done in two ways: on the phenomenological level of nonlocal electrostatics and with a statistical physics model that treats the solvent molecules as molecular dipoles. This model is then treated in the mean-field approximation and with the variational method introduced in Chapter two, rounding up the development of the mathematical approaches of Poisson-Boltzmann theory. After studying this book, a graduate student will be able to access the research literature on the Poisson-Boltzmann equation with a solid background.
Author: Daniel Han-Kwan Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 280
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Cette thèse est consacrée à l’étude mathématique de certains aspects de l’équation de Vlasov-Poisson, qui constitue un modèle cinétique classique en physique des plasmas. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la justification rigoureuse d’approxi- mations de l’équation de Vlasov-Poisson avec un champ magnétique extérieur intense, qui sont couramment utilisées, notamment lors des simulations numériques. Le but est de dé- crire certains régimes d’intérêt par des modèles asymptotiques, obtenus en faisant tendre un petit paramètre vers 0 (modélisant la physique du problème considéré) dans les équa- tions originelles. Nous étudions pour commencer la limite quasineutre, c’est-à-dire la limite quand la longueur de Debye tend vers 0, pour l’équation de Vlasov-Poisson avec des élec- trons suivant une loi de Maxwell-Boltzmann. Dans la limite des plasmas froids, à l’aide de la méthode de l’entropie relative et de techniques de filtrage, nous montrons la convergence vers des équations hydrodynamiques compressibles telles que l’équation d’Euler isotherme. Nous nous intéressons ensuite à l’approximation “rayon de Larmor fini” en trois dimen- sions, qui permet de décrire le comportement turbulent d’un plasma soumis à un champ magnétique intense. Pour cette étude, qui peut en fait être interprétée comme une limite quasineutre anisotrope, nous montrons des résultats très différents selon la dynamique dé- crite. En effet, dans le cas de la dynamique avec des électrons sans masse, nous exhibons un effet stabilisant qui permet d’obtenir le même résultat que pour le système bidimen- sionnel, alors que pour la dynamique avec des ions lourds, nous mettons en évidence les conséquences d’instabilités de type multi-fluides. Dans un second temps, nous nous consacrons à l’étude mathématique du confinement d’un plasma de tokamak. Nous commençons par proposer un modèle hydrodynamique simplifié à deux températures et étudions la stabilité au sens de Lyapunov de deux états stationnaires permettant de modéliser l’équilibre du plasma. Nos résultats sont conformes à l’heuristique physique et mettent de surcroit en évidence qu’un fort gradient de température favorise la stabilité : cela pourrait fournir une explication aux modes de haut confinement (H-modes) dans les tokamaks. Pour finir, nous attaquons ce problème du point de vue de la théorie du contrôle et prouvons des résultats pour l’équation de Vlasov-Poisson en présence de champs extérieurs (typiquement un champ magnétique).
Author: N. Bellomo Publisher: World Scientific ISBN: 9789810221669 Category : Science Languages : en Pages : 276
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This is a collection of four lectures on some mathematical aspects related to the nonlinear Boltzmann equation. The following topics are dealt with: derivation of kinetic equations, qualitative analysis of the initial value problem, singular perturbation analysis towards the hydrodynamic limit and computational methods towards the solution of problems in fluid dynamics.
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CETTE THESE A POUR OBJET L'ETUDE MATHEMATIQUE DE CERTAINS PROBLEMES LIES A LA THEORIE CINETIQUE DES GAZ ET DES PLASMAS. NOUS NOUS INTERESSONS TOUT D'ABORD AUX PROBLEMES DE VITESSE DE CONVERGENCE VERS L'EQUILIBRE POUR UN GAZ MODELISE PAR L'EQUATION DE BOLTZMANN OU DE KAC, OU POUR UN PLASMA DECRIT GRACE A L'EQUATION DE FOKKER-PLANCK-LANDAU. NOUS DONNONS UNE MINORATION DE LA DISSIPATION D'ENTROPIE POUR CHACUNE DE CES EQUATIONS PAR LA DISTANCE A L'EQUILIBRE, DANS LE CAS DE DENSITES BORNEES INFERIEUREMENT. ENSUITE, NOUS MONTRONS MATHEMATIQUEMENT QUE LA CONVERGENCE VERS L'EQUILIBRE A EFFECTIVEMENT LIEU POUR LES SOLUTIONS RENORMALISEES DE L'EQUATION DE BOLTZMANN DANS UN DOMAINE BORNE AVEC DES CONDITIONS DE REFLEXION SPECULAIRE SUR LES BORDS, ET NOUS DONNONS LA FORME DE LA LIMITE. NOUS MONTRONS EGALEMENT CE RESULTAT DANS LE CAS D'UN PLASMA VERIFIANT L'EQUATION DE VLASOSV-POISSON-BOLTZMANN, CE QUI AMENE A CONSIDERER UNE EQUATION ELLIPTIQUE NON LINEAIRE ET NON LOCALE, POUR LAQUELLE NOUS PROUVONS L'EXISTENCE ET L'UNICITE D'UNE SOLUTION REGULIERE. NOUS NOUS CONSACRONS ENSUITE A L'ETUDE DE LA VALIDITE DE LA METHODE NUMERIQUE DE SPLITTING POUR LES EQUATIONS DU TRANSFERT RADIATIF ET DE VLASOV-MAXWELL. ENFIN, NOUS DONNONS UNE METHODE FORMELLE PERMETTANT DE PASSER DU NOYAU DE BOLTZMANN A CELUI DE FOKKER-PLANCK-LANDAU, ET NOUS PROUVONS SA VALIDITE DANS LE CADRE DES EQUATIONS LINEARISEES. NOUS CONCLUSONS EN ETENDANT LE RESULTAT PRECEDENT A L'EQUATION DE KAC
Author: E.G.D. Cohen Publisher: Springer ISBN: Category : Computers Languages : en Pages : 664
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In,1872, Boltzmann published a paper which for the first time provided a precise mathematical basis for a discussion of the approach to equilibrium. The paper dealt with the approach to equilibrium of a dilute gas and was based on an equation - the Boltzmann equation, as we call it now - for the velocity distribution function of such ~ gas. The Boltzmann equation still forms the basis of the kinetic theory of gases and has proved fruitful not only for the classical gases Boltzmann had in mind, but als- if properly generalized - for the electron gas in a solid and the excitation gas in a superfluid. Therefore it was felt by many of us that the Boltzmann equation was of sufficient interest, even today, to warrant a meeting, in which a review of its present status would be undertaken. Since Boltzmann had spent a good part of his life in Vienna, this city seemed to be a natural setting for such a meeting. The first day was devoted to historical lectures, since it was generally felt that apart from their general interest, they would furnish a good introduction to the subsequent scientific sessions. We are very much indebted to Dr. D.
Author: Laurent Bernis
Author: Laurent Bernis
Author: Alexander Sinitsyn
Author: Pierre Bertrand
Author: Ralf Blossey
Author: Daniel Han-Kwan
Author: N. Bellomo
Author: Laurent Desvillettes
Author: E.G.D. Cohen
Author: Edouard Goursat
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