Datei:Magnet compasses.svg

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Datei:Magnet compasses.svg

Originaldatei(SVG-Datei, Basisgröße: 600 × 600 Pixel, Dateigröße: 24 KB)

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Beschreibung

Beschreibung
English: Magnetic compasses around a cylindrical bar magnet. The compass needles point in the direction of the magnetic field of the magnet at each point, with the north end of each compass needle in the direction of the magnetic field vector. The direction of each compass needle is computed with the exact formula using the computer script below.
Datum
Quelle Eigenes Werk
Urheber Geek3
SVG‑Erstellung
InfoField
 
Der SVG-Code ist valide.
 
Diese Vektorgrafik wurde mit Python erstellt.
Quelltext
InfoField

Python code

Python svgwrite code
#!/usr/bin/python3
# -*- coding: utf8 -*-
try:
    import svgwrite
except ImportError:
    print('requires svgwrite library: https://pypi.org/project/svgwrite/')
    # documentation at https://svgwrite.readthedocs.io/
    exit(1)


import mpmath
import numpy as np
from scipy.special import ellipk, ellipe
from math import *

ellippi = mpmath.ellippi # pretty slow. If not available, try sympy.


def Bfield_barmagnet(xy, R, L, M):
    '''
    xy: position where the field is probed
    R: radius of the magnet
    L: length of the magnet
    M: magnetisation
    '''
    rho = xy[0]
    z = xy[1]
    Brho, Bz = 0., 0.
    for s in -1., 1.:
        zeta = z - s * L / 2.
        r = sqrt((rho + R)**2 + zeta**2)
        n = 4. * R * rho / (rho + R)**2
        m = 4. * R * rho / r**2
        K = ellipk(m)
        E = ellipe(m)
        Pi = float(ellippi(n, m))
        if rho != 0.:
            Brho += s * r / rho * ((2. - m) * K - 2. * E)
        Bz += s * zeta / r * ((rho - R) / (rho + R) * Pi - K)
    Brho *= M / (4. * pi)
    Bz *= M / (2. * pi)
    return np.array([Brho, Bz])


name = 'Magnet_compasses'
size = 600, 600
R = 60.
L = 200.
needles_d = 40.
needle_w = 6.
needle_l = 16.
needle_c = 2.5

doc = svgwrite.Drawing(name + '.svg', profile='full', size=size)
doc.set_desc(name, 'https://commons.wikimedia.org/wiki/File:' + name +
    '.svg\nrights: Creative Commons Attribution ShareAlike license')
doc.add(doc.rect(id='background', insert=(0, 0), size=size, fill='#ffffff', stroke='none'))
g = doc.add(doc.g(id='image',
    transform='translate({:.0f}, {:.0f}) scale(1,-1)'.format(size[0]/2., size[1]/2.)))

# draw some compass needles
needle = doc.defs.add(doc.g(id='needle'))
needle.add(doc.path(d='M {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} Z'.format(
    -needle_w, 0, 0, needle_l, needle_w, 0, 0, -needle_l),
    fill='#00cc00', stroke='none'))
needle.add(doc.path(d='M {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} Z'.format(
    -needle_w, 0, 0, needle_l, needle_w, 0),
    fill='#ff0000', stroke='none'))
needle.add(doc.path(d='M {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} L {:.3f},{:.3f} Z'.format(
    -needle_w, 0, 0, needle_l, needle_w, 0, 0, -needle_l),
    fill='none', stroke='#000000', stroke_width=2,
    stroke_linejoin='miter', stroke_miterlimit=10))
needle.add(doc.circle(center=(0, 0), r='{:.3f}'.format(needle_c),
    fill='#ffffff', stroke='#000000', stroke_width=2))

needles_nx = round(size[0] / needles_d)
needles_ny = round(size[1] / needles_d)
needles_x = (np.arange(needles_nx) + 0.5) * needles_d - size[0] / 2.
needles_y = (np.arange(needles_ny) + 0.5) * needles_d - size[1] / 2.

needles = g.add(doc.g(id='needles'))

for y in needles_y:
    for x in needles_x:
        B = Bfield_barmagnet([x, y], R, L, 1.)
        direction = atan2(B[1], B[0])
        needles.add(doc.use(href='#needle', insert=(0, 0),
            transform='translate({:.3f},{:.3f}) rotate({:.2f})'.format(
            x, y, degrees(direction-pi/2))))

# draw a bar magnet
magnet = g.add(doc.g(id='magnet'))
mgrad = doc.defs.add(doc.linearGradient(id="magnetGrad",
    start=(0,0), end=(1,0), gradientUnits="objectBoundingBox"))
for of, c, op in ((0, '#000000', 0.125), (0.07, '#ffffff', 0.125),
        (0.25, '#ffffff', 0.5), (0.6, '#ffffff', 0.2), (1, '#000000', 0.33)):
    mgrad.add_stop_color(of, c, op)

magnet.add(doc.rect(insert=(-R, -L/2), size=(2*R, L), fill='#00cc00', stroke='none'))
magnet.add(doc.rect(insert=(-R, 0), size=(2*R, L/2.), fill='#ff0000', stroke='none'))
magnet.add(doc.rect(insert=(-R, -L/2), size=(2*R, L), fill='url(#magnetGrad)',
    stroke='#000000', stroke_width=4.))
for s, txt in ((1, 'S'), (-1, 'N')):
    magnet.add(doc.text(txt, font_size='120px', stroke='none', fill='#000000',
        transform='translate(0, {0}) scale({1},-{1})'.format(-0.11 * L, 0.0025*L),
        y=[0.62 * s * L], text_anchor='middle', font_family='Bitstream Vera Sans'))

doc.save(pretty=True)

Lizenz

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Kurzbeschreibungen

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Drawing of bar magnet and compasses

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