superposition

Visualisierung der Superposition von E-Feldern

Wie's geht

Den Code der Datei superposition.py mit einer Python-Umgebung, in der matplotlib installiert ist, ausführen.

Was dahinter steckt

Visualisiert wird mithilfe der matplotlib-Bibliothek das E-Feld, das durch die Überlagerung von verschiedenen Einzelfeldern entsteht.
Über die Listen sources und samplePoints können Anzahl und Koordinaten der Radialquellen und Probepunkte geändert werden.

Wie der Code funktioniert

Zunächst wird die Grafik initialisiert und es werden Einstellungen zu Titel und Achsenbeschriftung vorgenommen.

fig, ax = plt.subplots()
plt.xlim(limits[0][0], limits[0][1])
plt.ylim(limits[1][0], limits[1][1])
ax.set_xlabel("x-Achse in m")
ax.set_ylabel("y-Achse in m")
ax.set_title("Darstellung des E-Felds an bestimmten Probepunkten")
ax.tick_params(which="minor", length=3)
ax.xaxis.set_minor_locator(tk.MultipleLocator(0.1))
ax.yaxis.set_minor_locator(tk.MultipleLocator(0.1))

---

Dann wird jede Radialquelle der Liste auf ihre Ladung hin untersucht und in entsprechender Farbe gezeichnet.

for source in sources:
		if source.charge > 0:
			ax.plot(source.x, source.y, "ro")
			ax.annotate(source.getText(), (source.x+0.1, source.y-0.1), fontsize=10)
		else:
			ax.plot(source.x, source.y, "bo")
			ax.annotate(source.getText(), (source.x+0.15, source.y-0.1), fontsize=10)

---

Für jeden Probepunkt wird nun der Abstand und Winkel zu jeder Quelle berechnet und gespeichert. In resultingVector wird zudem die Summe aller Vektoren zwischengelagert.

for samplePoint in samplePoints:
	resultingVector = [0, 0]
	draw = True
	
	# Alle Vektoren für einen Punkt berechnen
	vectors=[]
	for source in sources:
		r = samplePoint.calculateE(source) * proportionalityFactor
		
		angle = samplePoint.getAngle(source.x, source.y)
		targetCoordinates = getCartesian(r, angle)
		resultingVector[0] += targetCoordinates[0]
		resultingVector[1] += targetCoordinates[1]
		
		vectors.append([
			samplePoint.x,
			samplePoint.y,
			targetCoordinates[0],
			targetCoordinates[1]
		])

---

Abschließend werden die berechneten Vektoren noch für jeden Probepunkt gezeichnet.

for vector in vectors:
	ax.quiver(
		vector[0],
		vector[1],
		vector[2],
		vector[3],
		angles="xy", scale_units="xy", scale=1,
		width=width,
		color=vectorColor
	)
	
ax.quiver(
	samplePoint.x,
	samplePoint.y,
	resultingVector[0],
	resultingVector[1],
	angles="xy", scale=1, scale_units="xy",
	width=width,
	color=resultingVectorColor
)