¿Cómo dibujar una región de campo eléctrico no uniforme en TikZ?

Question

Cómo dibujar este diagrama en Tik¿Z?

Lamento no dar un ejemplo mínimo aquí, porque estoy totalmente estancado desde el principio. No puedo encontrar una solución para muchos subproblemas que surgieron durante mis intentos. Aquí están los más difíciles:

1. Las líneas curvas:Claramente deberían tener el mismo centro, pero si uso ese centro, la altura de la imagen es extremadamente grande, lo que no cabe en la página. Si uso arc, puedo evitar la enorme altura innecesaria, pero es demasiado difícil hacer que los arcos sean concéntricos.
2. Las notaciones de ángulos rectos:Encontré una solución: dibujar un pequeño cuadrado que tenga la línea discontinua y las curvas como dos lados. Por supuesto que no puedo usarlo \picaquí (¿o sí?). Pero aquí hay 8 de esos cuadrados, por lo que dibujar una cantidad tan grande de cuadrados hará que mi código sea extremadamente largo, lo cual no me gusta.
3. Las flechas curvas:Creo que iny outes bueno, pero me cuesta mucho encontrar las coordenadas y encontrar los ángulos de tangencia. No soy lo controlssuficientemente "sensible" para encontrar los puntos de control.

¿Me puedes ayudar? ¡Gracias de antemano!

Answer 1

Según lo que encuentro, se pueden obtener resultados razonables ajustando la holgura. (Y puedes dibujar los símbolos de los ángulos rectos en un bucle).

\documentclass[tikz,border=3.14mm]{standalone}
\usetikzlibrary{arrows.meta,bending}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=1.5,font=\sffamily]
 \begin{scope}
 \path[preaction={draw,thick},clip] (-4,3) rectangle (4,8);
 \foreach \Y [count=\Z,evaluate=\Z as \Voltage using {int(440-\Z*40)}] in {1.2,1.4,...,2.2}
  {\draw (0,0) circle ({exp(\Y)});
  \node[rotate=-22.5,fill=white] at (67.5:{exp(\Y)}){\Voltage~V};}
 \foreach \X in {60,75,...,120}
  {\draw[dashed] (0,0) -- ++ (\X:10);
  \foreach \Y in {1.2,1.4,...,2.2}
  {\draw  ({\X-10/exp(\Y)}:{exp(\Y)}) -- ({\X-10/exp(\Y)}:{exp(\Y)+0.2})
  -- ({\X}:{exp(\Y)+0.2});}}
 \end{scope} 
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-110] (0.5,8.5) node[right]{A};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-105,looseness=1.3] (75:8.7) node[right]{B};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=95,looseness=0.8] (90:2.7) node[left]{C};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=75,looseness=1.5] (75:2.7) node[right]{D};
 \draw[thick,{Circle}-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4.5,5.5)
 node[midway,above]{$v$} node[midway,below,align=center]{charged\\ particle};
\end{tikzpicture}
\end{document}

No sé qué tan heterogéneo es tu campo. Definitivamente también se podrían dibujar los círculos según la ley de Coulomb.

\documentclass[tikz,border=3.14mm]{standalone}
\usetikzlibrary{arrows.meta,bending}
\begin{document}
\begin{tikzpicture}[scale=1.5,font=\sffamily]
 \begin{scope}
  \path[preaction={draw,thick},clip] (-4,3) rectangle (4,8);
  \foreach \Voltage in {440,400,...,200}
  {\draw (0,0) circle ({4*(400/\Voltage)});
  \node[rotate=-22.5,fill=white] at (67.5:{4*(400/\Voltage)}){\Voltage~V};}
 \foreach \X in {60,75,...,120}
  {\draw[dashed] (0,0) -- ++ (\X:10);
  \foreach \Voltage in {440,400,...,200}
  {\draw  ({\X-2*\Voltage/400}:{4*(400/\Voltage)}) --
  ({\X-2*\Voltage/400)}:{4*(400/\Voltage)+0.15})
  -- ({\X}:{4*(400/\Voltage)+0.15});}}
 \end{scope} 
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-110] (0.5,8.5) node[right]{A};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=-105,looseness=1.3] (75:8.7) node[right]{B};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=95,looseness=0.8] (90:2.7) node[left]{C};
 \draw[thick,-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4,5.5) 
  to[out=0,in=75,looseness=1.5] (75:2.7) node[right]{D};
 \draw[thick,{Circle}-{Stealth[length=2mm,bend]}] (-5.5,5.5) -- (-4.5,5.5)
 node[midway,above]{$v$} node[midway,below,align=center]{charged\\ particle};
\end{tikzpicture}
\end{document}