Archivo:VFPt metal balls largesmall transparent.svg
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Resumen
DescripciónVFPt metal balls largesmall transparent.svg |
English: Electric field around a large and a small conducting sphere at opposite electric potential. 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, shown in red and blue. In reality, the field is created by a continuous charge distribution at the surface of each sphere and the field lines inside the sphere don't exist. Field lines are always orthogonal to the surface of each sphere. |
Fecha | |
Fuente | Trabajo propio |
Autor | Geek3 |
Otras versiones |
|
SVG desarrollo InfoField | El código fuente de esta imagen SVG es válido. Este gráfico vectorial fue creado con VectorFieldPlot |
Código fuente InfoField | Python 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_largesmall_transparent',
commons=True, width=800, height=600, center=[400, 300], unit=u)
# define two spheres with position, radius and charge
s1 = {'p':sc.array([-1.0, 0.]), 'r':1.5}
s2 = {'p':sc.array([2.0, 0.]), 'r':0.5}
# make charge proportional to capacitance, which is proportional to radius.
s1['q'] = s1['r']
s2['q'] = -s2['r']
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':0.5})
# draw rods
if ib == 0:
x1, x2 = -4.1 - s1['p'][0], -0.9 * s1['r']
else:
x1, x2 = 0.9 * s2['r'], 4.1 - s2['p'][0]
doc.draw_object('rect', {'x':x1, 'width':x2-x1,
'y':-0.1/1.2+0.01, 'height':0.2/1.2-0.02,
'style':'fill:url(#rod_shade); stroke-width:0.02'}, group=ball)
# 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 well-distributed start positions of field lines
def get_startpoint_function(startpath, field):
'''
Given a vector function startpath(t), this will return a new
function such that the scalar parameter t in [0,1] progresses
indirectly proportional to the orthogonal field strength.
'''
def dstartpath(t):
return (startpath(t+1e-6) - startpath(t-1e-6)) / 2e-6
def FieldSum(t0, t1):
return ig.quad(lambda t: sc.absolute(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)
return startpos
startp = []
def startpath1(t):
phi = 2. * pi * t
return (sc.array(s2['p']) + 1.5 * sc.array([cos(phi), sin(phi)]))
start_func1 = get_startpoint_function(startpath1, field)
nlines1 = 16
for i in range(nlines1):
startp.append(start_func1((0.5 + i) / nlines1))
def startpath2(t):
phi = 2. * pi * (0.195 + 0.61 * t)
return (sc.array(s1['p']) + 1.5 * sc.array([cos(phi), -sin(phi)]))
start_func2 = get_startpoint_function(startpath2, field)
nlines2 = 14
for i in range(nlines2):
startp.append(start_func2((0.5 + i) / nlines2))
# draw the field lines
for p0 in startp:
line = FieldLine(field, p0, directions='both', maxr=7.)
arrow_d = 2.0
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 dic 2018
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Título breve | VFPt_metal_balls_largesmall_transparent |
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Título de la imagen | VFPt_metal_balls_largesmall_transparent
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Anchura | 800 |
Altura | 600 |