Электрическая дипольная степень момента и излучения

Этот пример находит среднюю степень двойки излучения, привлекающую заряды, перемещающиеся в эллиптическую орбиту (электрический диполь).

Общий центр массы

Два противоположных заряда, e1 и e2, сформируйте электрический диполь. Массами заряженных частиц является m1 и m2, соответственно. Для общего центра массового m1*r1 + m2*r2 = 0, где r1 и r2 векторы расстояния к заряженным частицам. Расстоянием между заряженными частицами является r = r1 - r2.

syms m1 m2 e1 e2 r1 r2 r
[r1,r2] = solve(m1*r1 + m2*r2 == 0, r == r1 - r2, r1, r2)
r1 = 

m2rm1+m2(m2*r) / (m1 + m2)

r2 = 

-m1rm1+m2- (m1*r) / (m1 + m2)

Дипольный момент

Найдите дипольный момент этой системы:

d = e1*r1 + e2*r2;
simplify(d)
ans = 

re1m2-e2m1m1+m2(r* (e1*m2 - e2*m1)) / (m1 + m2)

Степень излучения на модуль времени

Согласно формуле Larmor, общая степень, излученная в модуле времени, J=23c3d¨2, или, в терминах расстояния между заряженными частицами, J=23c3m1m2m1+m2(e1m1-e2m2)2r¨2. Здесь точка означает производную времени. Закон Кулона mr¨=-αr2 позволяет вам найти значения ускорения r¨ в терминах уменьшенной массы системы, m=m1m2m1+m2, и продукт зарядов частиц, α=|e1e2|.

alpha = sym('alpha');
syms m c
m = m1*m2/(m1 + m2);
r2 = -alpha/(m*r^2);

J = simplify(subs(2/(3*c^3)*d^2, r, r2))
J = 

2α2e1m2-e2m123c3m12m22r4(2*alpha^sym (2) * (e1*m2 - e2*m1) ^2) / (3*c^3*m1^2*m2^2*r^4)

Параметры эллиптической орбиты

Главная полуось a и эксцентриситет ϵ из эллиптической орбиты даны следующими выражениями, где E общая орбитальная энергия, и L=mr2ϕ˙ угловой момент.

syms E L phi
a = alpha/(2*E)
a = 

α2E

eccentricity = sqrt(1-2*E*L^2/(m*alpha^2))
eccentricity = 

1-2EL2m1+m2α2m1m2

Уравнение эллиптической орбиты, 1+ϵcosϕ=a(1-ϵ2)/r, позволяет вам выразить расстояние r в терминах угла phi.

r = a*(1 - eccentricity^2)/(1 + eccentricity*cos(phi));

Усредненная степень излучения

Средние заряженные частицы степени двойки излучения, перемещающиеся в эллиптическую орбиту, являются интегралом степени излучения по одному полному циклу движения, нормированного периодом движения, Javg=1/T0TJdt. Период движений T

T = 2*pi*sqrt(m*a^3/alpha);

Изменение переменной интегрирования t к phi, вы получаете следующий результат. Используйте simplify функция, чтобы получить более короткий результат интегрирования. Здесь, используйте subs оценивать J.

J = subs(J);
Javg = simplify(1/T*int(J*m*r^2/L, phi, 0, 2*pi))
Javg = 

-22α2e1m2-e2m122EL2m1+2EL2m2-3α2m1m23L5c3m1+m23α2m1m2E3m1+m2

Если Одна Частица Намного Более тяжела, Чем Другой

Оцените среднюю степень излучения электрического диполя с одной частицей, намного более тяжелой, чем, m1>>m2. Для этого вычислите предел выражения для степени излучения, приняв тот m1 стремится к бесконечности.

limJ = limit(Javg, m1, Inf);
simplify(limJ)
ans = 

-22α2e222EL2-3α2m23L5c3α2m2E3

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте