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Commit 53fc3831 authored by tanguy.cavagna's avatar tanguy.cavagna :desktop:
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......@@ -39,13 +39,13 @@
\rule{\textwidth}{1pt}
\raggedright{
Les lignes de champs électrostatique montrent l'impact de particules chargée dans
Les lignes de champ électrostatiques montrent l'impact de particules chargées dans
un univers discret. Ce raport vise à montrer une possible représentation graphique
de ce phénomène physique et expliquer comment ce résultat a été possible.
En se basant sur les formules, il a été possible de faire la simulation, et en
utilisant OpenGL il a été possible de faire la représentation graphique. Le résultat
montre bien l'effet de particules charges dans un univers discret et permet d'avoir
plusieurs type de représentations pour plus de précision.
montre bien l'effet de particules chargées dans un univers discret et permet d'avoir
plusieurs types de représentations pour plus de précision.
}
\rule{\textwidth}{1pt}
......
......@@ -15,7 +15,7 @@ amas illisible tant la distances entre elles est faible).
\begin{figure}[h]
\centering
\caption{Variance du temps de calcul des lignes de champs}
\begin{tikzpicture}[scale=.7]
\begin{tikzpicture}[scale=.6]
\begin{axis}[
ybar,
bar width=10pt,
......@@ -57,4 +57,21 @@ amas illisible tant la distances entre elles est faible).
\addlegendentry{5px}
\end{axis}
\end{tikzpicture}
\end{figure}
\ No newline at end of file
\end{figure}
\section{Rappel et suite}
\label{sec:summary-future}
Alors qu'il est compliqué de se représenter mentalement l'impact d'une charge dans son univers,
une représentation graphique est une approche attractive et facile à comprendre.
Il a été clair que cette façon de voir un champs aide à la compréhension. Le fait d'avoir
plusieurs type de représentation permet de porter un regarde différent sur l'impact que peut avoir
une charge. Dans le cas des lignes de champs, elles permettent de voir l'univers dans son
ensemble et les flux électrostatiques présent. Le champs de vecteur quant à lui permet de mieux
comprendre la direction du champs, et pour finir la heatmap fait resortir la différence de puissance
du champs par rapport à la distance de la charge. Dans le futur, il serait nécessaire d'avoir
une interface utilisateur graphique permettant de contrôler complètement l'univers, capturer une
vidéo ou image, ou encore placer des éléments autres que des particules. En outre, avec ces améliorations, il serait envisageable
d'impliquer cet outil de visualisation dans un cadre plus important comme dans l'étude
de propagation des champs dans un projet réel - par exemple, le développement de nouvelles solution de
stockage électrique.
\ No newline at end of file
\chapter{Expériences}
\label{chapter:experiences}
Pour représenter de façon graphique le champs électrostatique, il nous faut définir un
Pour représenter de façon graphique le champ électrostatique, il nous faut définir un
univers discret. Cet univers est défini comme $[0,1]\times[0,1]$. Chaque particule du
système aura donc une position dans cet univers, ainsi qu'une charge (mutliple de la charge
élémentaire).
\section{Ligne de champs}
\section{Ligne de champ}
Le dessin numérique d'une courbe se fait en l'approximant à l'aide de plusieurs petits
ségments de droite mis bout à bout. Pour dessiner cette courbe, il nous faut trouver un
......@@ -18,7 +18,7 @@ ensemble de points appartenant à cette lignes. Pour cela on procède ainsi :
\item On calcul ensuite $P_{suivant}$ en fonction de l'intensité et de la direction du champ
en $P$. Ce qui donne l'équation \ref{eqn:next-point}. Cependant, dans notre cas nous
voulons avancer d'une distance identique à chaque fois, et qui ne soit pas trop grande.
Il faut donc commencer par normaliser notre champs, puis le multiplier par une constante
Il faut donc commencer par normaliser notre champ, puis le multiplier par une constante
$\delta x$ fixe définie en fonction de la taille de la fenêtre. Ce qui nous donne :
$P_{suivant} = P \pm \delta x \cdot \frac{\vec{E}}{||\vec{E}||}$ avec $\delta x = \frac{1}{\sqrt{largeur^2 + hauteur^2}}$
et $\vec{E} = \sum_{i=1}^N E_i \frac{\lvec{q_i P_n}}{||\lvec{q_i P_n}||}$. \textit{En fonction du sens du dessin
......@@ -30,7 +30,7 @@ ensemble de points appartenant à cette lignes. Pour cela on procède ainsi :
\begin{figure}[h]
\centering
\caption{Dessin d'une ligne de champs}
\caption{Dessin d'une ligne de champ}
\begin{tikzpicture}[line/.style={->,shorten >=0.4cm,shorten <=0.4cm},very thick, scale=0.7]
\coordinate (Plus) at (0, 0);
\coordinate (Minus) at (6, 0);
......@@ -75,16 +75,16 @@ Pour ne plus avoir ces espace, il serait possible de prendre des points de dépa
\section{Champs vectoriel}
En plus des lignes de champs, deux autres représentations sont disponible. (Chacune en appuyant sur
\verb|l|, \verb|v|, \verb|h|). La première est un champs vectoriel. Il est généré de la façon suivante :
En plus des lignes de champ, deux autres représentations sont disponible. (Chacune en appuyant sur
\verb|l|, \verb|v|, \verb|h|). La première est un champ vectoriel. Il est généré de la façon suivante :
\begin{enumerate}
\item Calcul de la valeur minimum et maximum du champs électrostatique normalisé pour tout $P$
dans une grille orthogonale à espacement égale, et sauvegarde du champs en $P$
\item Calcul de la valeur minimum et maximum du champ électrostatique normalisé pour tout $P$
dans une grille orthogonale à espacement égale, et sauvegarde du champ en $P$
inséré dans une liste de longueur identique aux points de la grille.
\item Assignation de $P = P_0$
\item Pour tout $P$ dans la liste de champs électrostatique calculée à l'étape 1.
\item On normalise le champs $\hat{E} = \frac{\vec{E}(P)}{||\vec{E}(P)||}$ et on le multiplie par une valeur fixe
\item Pour tout $P$ dans la liste de champ électrostatique calculée à l'étape 1.
\item On normalise le champ $\hat{E} = \frac{\vec{E}(P)}{||\vec{E}(P)||}$ et on le multiplie par une valeur fixe
permettant de correctement distinguer les différentes tailles de vecteurs.
\item On dessine le vecteur en $P$.
\item Assignation de $P = P_{i + 1}$ et on revient à l'étape 4.
......@@ -92,7 +92,7 @@ En plus des lignes de champs, deux autres représentations sont disponible. (Cha
\begin{figure}[H]
\centering
\caption{Dessin d'un champs vectoriel}
\caption{Dessin d'un champ vectoriel}
\begin{tikzpicture}[vecline/.style={green!50!black, ->, thick}, scale=.7]
\coordinate (Plus) at (0, 0);
\newcommand{\VSA}{0.5}
......@@ -138,9 +138,10 @@ En plus des lignes de champs, deux autres représentations sont disponible. (Cha
\end{tikzpicture}
\end{figure}
\noindent Le résultant que quelque peu décevant sur un point précis. Les vecteur déssinés auraient pu
être plus précis car quelque fois leur taille est trop différente des vecteur voisins, et de ce fait,
créer une représentation un peu erronée.
\noindent Cette illustration montre bien la direction du champ en tout point de ma grille,
ce qui donne un aperçu global plus ou moins précis sur le comportement des particules.
Dans ce cas précis, le champ a des vecteurs normalisé pour pouvoir avoir une vue global et non
centrée autour des charges uniquement.
\begin{figure}[H]
\centering
......@@ -159,11 +160,11 @@ créer une représentation un peu erronée.
\section{Heatmap}
La dernière représentation graphique est une heatmap en fonction de l'intensité du champs en tout point
La dernière représentation graphique est une heatmap en fonction de l'intensité du champ en tout point
de l'univers.
\begin{enumerate}
\item Cacule de la valeur minimum et maximum de la norme du champs électrostatique normalisé pour tout les
\item Cacule de la valeur minimum et maximum de la norme du champ électrostatique normalisé pour tout les
pixels de l'écran, et sauvegarde de la valeur courante dans une liste de longueur $largeur \cdot hauteur$.
\item Assignation de $P = P_0$.
\item Pour tout $I$ dans la liste d'intensitées sauvegardée à l'étape 1.
......@@ -184,10 +185,10 @@ de l'univers.
\end{tikzpicture}
\end{figure}
\noindent Cette représentation est selon moi la mieux réussie. Combinée aux lignes de champs, il est possible
de voir la puissance du champs électrostatique autour des charges ainsi que leur impact sur leur voisinage, ce qui
est très utile pour avoir une idée macroscoptique du champs. Cependant, le cacul du rendu graphique reste très lent.
Ceci est dû au fait qu'un calcul d'intensité du champs est fait pour tout pixel.
\noindent Cette représentation est selon moi la mieux réussie. Combinée aux lignes de champ, il est possible
de voir la puissance du champ électrostatique autour des charges ainsi que leur impact sur leur voisinage, ce qui
est très utile pour avoir une idée macroscoptique du champ. Cependant, le cacul du rendu graphique reste très lent.
Ceci est dû au fait qu'un calcul d'intensité du champ est fait pour tout pixel.
\begin{figure}[h]
\centering
......@@ -208,5 +209,5 @@ Ceci est dû au fait qu'un calcul d'intensité du champs est fait pour tout pixe
L'utilisation de la librairie graphique OpenGL a été privilégié de part son efficacité de rendu
ainsi que sa flexibilité d'utilisation. Grâce à cela, il a été possible d'afficher du texte
en dessous des particules indicant leur charge respective, utilisation d'antialiasing par défaut
pour un rendu de ligne et de cercle très bon, et calcul graphique fait sur le GPU au lieu du CPU.
\ No newline at end of file
en dessous des particules indicant leur charge respective, et utilisation d'antialiasing par défaut
pour un rendu de ligne et de cercle très bon.
\ No newline at end of file
......@@ -10,11 +10,11 @@ multipliant la charge élémentaire d'un proton $e$ ou d'un électron $-e$, indi
La conservation quant à elle est le fait qu'une charge ne peut pas être créer à partir de rien.
Elle peut être transférée d'une objet à un autre, mais jamais créée.
La simulation de lignes de champs électrostatiques permet d'avoir une représentation graphique claire de
La simulation de lignes de champ électrostatiques permet d'avoir une représentation graphique claire de
l'impact inter-particules dans un univers discret. À plus grande echelle, il est possible
de montrer l'impact de différents objets ou matériaux chargé dans un environement. Par exemple dans le cas
de montrer l'impact de différents objets ou matériaux chargés dans un environement. Par exemple dans le cas
de la conception d'une batterie, d'un train à lévitation magnétique, ou autres phénomènes impliquant un
transfert de charge électrique.
transfert de charges électriques.
Ce rapport porte sur la théorie utilisée, ainsi que les résultats obtenu et les expériences réalisées.
......
......@@ -4,9 +4,9 @@
\newcommand{\lvec}{\overrightarrow}
Comme vu en cours, tout objet dans l'univers possède une charge positive, négative, ou neutre.
Ce travail à pour but de simuler l'impact que ces objet (dans notre cas des particules) on sur
Ce travail à pour but de simuler l'impact que ces objet (dans notre cas des particules) ont sur
leur environnement et les particules voisines dans un univers discret. Pour parvenir à cela,
j'utilise deux lois de l'électrostatique qui sont la loi de Coulomb et les champs électriques.
j'utilise deux lois de l'électrostatique qui sont la loi de Coulomb et les champs électriques \cite{work-statement}.
\textit{
Pour rappel, toute particule à une charge $Q$ valant $\pm n \cdot e$, où $e = 1.602176634 * 10^{-19}[C]$.
......@@ -23,7 +23,7 @@ Cette loi nous dis que :
}
\end{center}
La force est sur la ligne droite les reliants entre eux. Si deux charge on le même signe,
La force est sur la ligne droite les reliants entre eux. Si deux charges ont le même signe,
la force électrostatique est répulsive; si les signes sont différents la force est attractive.
Soit $r$ la distance en mètre entre les deux charges, alors la force en newton entre les charges
......@@ -42,7 +42,7 @@ $q$ et $Q$ est :
Le champ électrique, $\vec{E}$, en newton par coulomb, ou volt par mètre, est un champ vectoriel
pouvant être défini en tout point, excepté sur la position de la charge.
Il est défini comme la force électrostatique en newton, $E$, de la charge subi sur une charge test
Il est défini comme la force électrostatique en newton, $E$, de la charge subie sur une charge test
hypothétique, $P$, multipliée par $\hat{i} = \frac{\lvec{qP}}{||\lvec{qP}||}$, le vecteur unitaire directeur reliant la charge test et la
charge émettant le champ.
......@@ -54,10 +54,10 @@ charge émettant le champ.
\section{Lignes de champs}
Les lignes de champs sont utiles afin de visualiser le champs électrique. Ces lignes commencent
Les lignes de champ sont utiles afin de visualiser le champs électrique. Ces lignes commencent
sur des charges négatives et terminent sur des charges positives.
Elles sont la mesure de la magnitude et la direction du champs électrique en tout point.
\textit{Dans le cadre de ce travail, c'est un ensemble de points aléatoires placés dans l'univers
Elles sont la mesure de la magnitude et la direction du champ électrique en tout point.
\textit{Dans le cadre de ce travail, c'est un ensemble de points aléatoirement placés dans l'univers
qui permet de générer ces lignes de champs.}
Soit une collection de $N$ charges de charge $q_i$, le champ en $P_{n+1}$ est :
......@@ -70,9 +70,9 @@ Soit une collection de $N$ charges de charge $q_i$, le champ en $P_{n+1}$ est :
\end{center}
Concernant la mise en pratique de cette formule, il est nécessaire de la modifier un peu.
Comme nous voulons avancer d'une distance identique à chaque nouveau calcul de champs électrique,
Comme nous voulons avancer d'une distance identique à chaque nouveau calcul de champ électrique,
il faut normaliser la formule et rajouter une constance $\delta x$ qui est définie en fonction de
la taille de la fenêtre. Ce qui donne \cite{work-statement} :
la taille de la fenêtre. Ce qui donne :
\begin{center}
\begin{equation}
......@@ -81,5 +81,5 @@ la taille de la fenêtre. Ce qui donne \cite{work-statement} :
avec $\delta x = \sqrt{largeur^2 + hauteur^2}$ et $\vec{E} = \sum_{i=1}^N E_i \frac{\lvec{q_i P_n}}{||\lvec{q_i P_n}||}$
\end{center}
Le $\pm$ est du au fait qu'il nous faut afficher les lignes de champs dans les deux sens en partant
de tout des points aléatoires de l'ensemble.
\ No newline at end of file
Le $\pm$ est dû au fait qu'il nous faut afficher les lignes de champs dans les deux sens en partant
de tout les points de l'ensemble.
\ No newline at end of file
......@@ -19,7 +19,7 @@
%% Defining the main parameters
\title{Simulation de lignes de champ}
\subtitle{Implémentation graphique de simulation de\\lignes de champs électrostatique de particules}
\subtitle{Implémentation graphique de simulation de\\lignes de champ électrostatique de particules}
\author{Tanguy Cavagna}
\subject{Physique: Électrostatique}
......@@ -56,7 +56,6 @@
%% Letters for chapters
\appendix
\input{appendix/appendix-a}
%\input{appendix/appendix-c} % Create file to add
\end{document}
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