Datei:VFPt metal balls positive.svg
Originaldatei (SVG-Datei, Basisgröße: 800 × 600 Pixel, Dateigröße: 49 KB)
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Beschreibung
BeschreibungVFPt metal balls positive.svg |
English: Electric field around two identical positively charged conducting spheres. The shape of the field lines is computed exactly, using the method of image charges with an infinite series of charges inside the two spheres. Field lines are always orthogonal to the surface of each sphere. In reality, the field is created by a continuous charge distribution at the surface of each sphere, indicated by small plus signs. |
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Datum | |||
Quelle | Eigenes Werk | ||
Urheber | Geek3 | ||
Andere Versionen |
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SVG‑Erstellung InfoField | Diese W3C-invalide Vektorgrafik wurde mit Inkscape erstellt, oder mit was ganz anderem.
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Quelltext InfoField | SVG code# paste this code at the end of VectorFieldPlot 1.10
# https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Geek3/VectorFieldPlot
u = 100.0
doc = FieldplotDocument('VFPt_metal_balls_positive',
commons=True, width=800, height=600, center=[400, 300], unit=u)
# define two spheres with position, radius and charge
s1 = {'p':sc.array([-1.5, 0.]), 'r':1.0, 'q':1.}
s2 = {'p':sc.array([1.5, 0.]), 'r':1.0, 'q':1.}
d = vabs(s2['p'] - s1['p'])
v12 = (s2['p'] - s1['p']) / d
# compute series of charges https://dx.doi.org/10.2174/1874183500902010032
charges = [[s1['p'][0], s1['p'][1], s1['q']], [s2['p'][0], s2['p'][1], s2['q']]]
r1 = r2 = 0.
q1, q2 = s1['q'], s2['q']
q0 = max(fabs(q1), fabs(q2))
for i in range(10):
q1, q2 = -s1['r'] * q2 / (d - r2), -s2['r'] * q1 / (d - r1),
r1, r2 = s1['r']**2 / (d - r2), s2['r']**2 / (d - r1)
p1, p2 = s1['p'] + r1 * v12, s2['p'] - r2 * v12
charges.append([p1[0], p1[1], q1])
charges.append([p2[0], p2[1], q2])
if max(fabs(q1), fabs(q2)) < 1e-3 * q0:
break
field = Field({'monopoles':charges})
# draw symbols
for c in charges:
doc.draw_charges(Field({'monopoles':[c]}), scale=0.6*sqrt(fabs(c[2])))
gradr = doc.draw_object('linearGradient', {'id':'rod_shade', 'x1':0, 'x2':0,
'y1':0, 'y2':1, 'gradientUnits':'objectBoundingBox'}, group=doc.defs)
for col, of in (('#666', 0), ('#ddd', 0.6), ('#fff', 0.7), ('#ccc', 0.75),
('#888', 1)):
doc.draw_object('stop', {'offset':of, 'stop-color':col}, group=gradr)
gradb = doc.draw_object('radialGradient', {'id':'metal_spot', 'cx':'0.53',
'cy':'0.54', 'r':'0.55', 'fx':'0.65', 'fy':'0.7',
'gradientUnits':'objectBoundingBox'}, group=doc.defs)
for col, of in (('#fff', 0), ('#e7e7e7', 0.15), ('#ddd', 0.25),
('#aaa', 0.7), ('#888', 0.9), ('#666', 1)):
doc.draw_object('stop', {'offset':of, 'stop-color':col}, group=gradb)
ball_charges = []
for ib in range(2):
ball = doc.draw_object('g', {'id':'metal_ball{:}'.format(ib+1),
'transform':'translate({:.3f},{:.3f})'.format(*([s1, s2][ib]['p'])),
'style':'fill:none; stroke:#000;stroke-linecap:square', 'opacity':1})
# draw metal balls
doc.draw_object('circle', {'cx':0, 'cy':0, 'r':[s1, s2][ib]['r'],
'style':'fill:url(#metal_spot); stroke-width:0.02'}, group=ball)
ball_charges.append(doc.draw_object('g',
{'style':'stroke-width:0.02'}, group=ball))
# find start positions of field lines
def startpath(t):
phi = 2. * pi * t
return (s1['p'] + 1.4 * sc.array([cos(phi), sin(phi)]))
def dstartpath(t):
return (startpath(t+1e-6) - startpath(t-1e-6)) / 2e-6
def FieldSum(t0, t1):
return ig.quad(lambda t:
sc.cross(field.F(startpath(t)), dstartpath(t)), t0, t1)[0]
Ftotal = FieldSum(0, 1)
def startpos(s):
t = op.brentq(lambda t: FieldSum(0, t) / Ftotal - s, 0, 1)
return startpath(t)
# draw the field lines
p0_list = []
nlines = 22
for i in range(nlines):
p0_list.append(startpos((0.5 + i) / nlines))
for i in range(nlines):
p0_list.append(startpos((0.5 + i) / nlines) * sc.array([-1, 1]))
for p0 in p0_list:
line = FieldLine(field, p0, directions='both', maxr=5.)
# draw little charge signs near the surface
path_minus = 'M {0:.5f},0 h {1:.5f}'.format(-2./u, 4./u)
path_plus = 'M {0:.5f},0 h {1:.5f} M 0,{0:.5f} v {1:.5f}'.format(-2./u, 4./u)
for si in range(2):
sphere = [s1, s2][si]
# check if fieldline ends inside the sphere
for ci in range(2):
if vabs(line.get_position(ci) - sphere['p']) < sphere['r']:
# find the point where the field line cuts the surface
t = op.brentq(lambda t: vabs(line.get_position(t)
- sphere['p']) - sphere['r'], 0., 1.)
pr = line.get_position(t) - sphere['p']
cpos = 0.9 * sphere['r'] * pr / vabs(pr)
doc.draw_object('path', {'stroke':'black', 'd':
[path_plus, path_minus][ci],
'transform':'translate({:.5f},{:.5f})'.format(
round(u*cpos[0])/u, round(u*cpos[1])/u)},
group=ball_charges[si])
arrow_d = 1.7
of = [0.5 + s1['r'] / arrow_d, 0.5, 0.5, 0.5 + s2['r'] / arrow_d]
doc.draw_line(line, arrows_style={'dist':arrow_d, 'offsets':of})
doc.write()
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30. Dezember 2018
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aktuell | 22:05, 30. Dez. 2018 | 800 × 600 (49 KB) | Geek3 | User created page with UploadWizard |
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Kurztitel | VFPt_metal_balls_positive |
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Bildtitel | VFPt_metal_balls_positive
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