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Datei:Magnetsphere compasses.svg

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

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Beschreibung

Beschreibung
English: Pointings of magnetic compasses around a spherical (homogeneously magnetized) magnet. The direction of each compass needle is computed with the exact formula, given in the source code. Outside of the sphere, the field resembles that of an ideal dipole.
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 numpy as np
from math import *


def Bfield_sphere(xy, center, phi, R, m):
    '''
    xy: position where the field is probed
    center: position of the sphere
    phi: rotation angle from the vertical countercolockwise
    R: radius of the sphere
    m: magnetic moment
    '''
    r = np.array(xy) - np.array(center)
    rabs = np.linalg.norm(r)
    mvec = m * np.array([-sin(phi), cos(phi)])
    
    if rabs >= R:
        B = (3 * r * mvec.dot(r) - mvec * rabs**2) / rabs**5 / (4*pi)
    else:
        B = 2 * mvec / R**3 / (4*pi)
    return B


name = 'Magnetsphere_compasses'
size = 600, 600
spheres = [{'c':[0, 0], 'R':85., 'phi':0., 'm':1.}]
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 = np.sum([Bfield_sphere([x, y],
            s['c'], s['phi'], s['R'], s['m']) for s in spheres], axis=0)
        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 the sphere magnets
for isp, s in enumerate(spheres):
    R = s['R']
    magnet = g.add(doc.g(id='magnet' + str(isp),
        transform='translate({:.3f},{:.3f}) rotate({:.2f})'.format(
        s['c'][0], s['c'][1], degrees(s['phi']))))
    mgrad = doc.defs.add(doc.radialGradient(id='magnetGrad' + str(isp), r=1.4*R,
        center=(0,.2*R), focal=(-.4*R,.6*R), gradientUnits='userSpaceOnUse'))
    for of, c, op in ((0, '#ffffff', 0.7), (0.04, '#ffffff', 0.6),
            (0.11, '#ffffff', 0.4), (0.22, '#ffffff', 0.2),
            (0.7, '#666666', 0.3), (1, '#000000', 0.6)):
        mgrad.add_stop_color(of, c, op)
    
    magnet.add(doc.circle(center=(0, 0), r=R, fill='#00cc00', stroke='none'))
    magnet.add(doc.path(d='M -{0},0 A {0},{0} 0 0 0 {0},0 L -{0},0 Z'.format(R),
        fill='#ff0000', stroke='none'))
    magnet.add(doc.circle(center=(0, 0), r=R, stroke_width=4.,
        stroke='#000000', fill='url(#magnetGrad' + str(isp) + ')',
        transform='rotate({})'.format(degrees(-s['phi']))))
    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(-0.22 * R, 0.005*R),
            y=[1.4 * s * R], text_anchor='middle', font_family='Bitstream Vera Sans'))

doc.save(pretty=True)

Lizenz

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