Graficar líneas de campo eléctrico con matplotlib y Python

Posted on dom 07 enero 2018 in Tutorial Python • 2 min read

Este artículo se basa en un artículo en inglés del blog scipython, con nombre Visualizing a vector field with matplotlib.

Matplotlib provee una función llamada streamplot, para crear flujos que puede usarse para representar vectores de campo. El código python muestra la representación de un campo eléctrico a partir de multiples cargas. Las multiples cargas son seleccionadas como potencia de 2 (1 dipolo, 2 cuadrupolo, etc).

Se tiene una variable count la cual define la cantidad de cargas, en el primer caso vale 1 (dipolo).

A continuación el código:

#!/usr/bin/env python3

# coding: utf-8


# # Se importan los módulos necesarios para la graficación

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

from matplotlib.patches import Circle



# # Función que retorna el campo Eléctrico.

def E(q, r0, x, y):

    """Retorna el vector de campo eléctrico E=(Ex,Ey) de una carga q en r0"""

    den = np.hypot(x-r0[0], y-r0[1])**3

    return q * (x - r0[0]) / den, q * (y - r0[1]) / den



# # puntos de los ejes x e y.

nx, ny = 64, 64

x = np.linspace(-2, 2, nx)

y = np.linspace(-2, 2, ny)

X, Y = np.meshgrid(x, y)



# # Crear un multipolo con nq cargas

# count = número de q. En ese caso es 1 dipolo

count = 1

nq = 2**int(count)

charges = []

for i in range(nq):

    q = i%2 * 2 - 1

    charges.append((q, (np.cos(2*np.pi*i/nq), np.sin(2*np.pi*i/nq))))



# # Vector de campo eléctrico como componentes separados (Ex,Ey)

Ex, Ey = np.zeros((ny, nx)), np.zeros((ny, nx))

for charge in charges:

    ex, ey = E(*charge, x=X, y=Y)

    Ex += ex

    Ey += ey



fig = plt.figure()

ax = fig.add_subplot(111)





# # Dibujar las líneas de flujo con mapa de colores y estilos apropiados.

color = 2 * np.log(np.hypot(Ex, Ey))

ax.streamplot(x, y, Ex, Ey, color=color, linewidth=1, cmap=plt.cm.inferno,

              density=2, arrowstyle='->', arrowsize=1.5)





# # Agregar circulos para las cargas.

charge_colors = {True: '#aa0000', False: '#0000aa'}

for q, pos in charges:

    ax.add_artist(Circle(pos, 0.05, color=charge_colors[q>0]))





# # Graficar

ax.set_xlabel('$x$')

ax.set_ylabel('$y$')

ax.set_xlim(-2,2)

ax.set_ylim(-2,2)

ax.set_aspect('equal')

plt.show()

Al ejecutar el código se tiene la siguiente gráfica:

La siguiente gráfica es con count con valor a 4, osea 8 polos:

Y la última gráfica es con count con 10, osea 20 polos:

El código python y el notebook de jupyter lo pueden obtener de un repositorio en github.

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