Как нарисовать область неоднородного электрического поля в TikZ?

Question

Как нарисовать эту диаграмму в TiкЗ?

Извините, что не привел минимальный пример, потому что я застрял с самого начала. Я не могу найти решение для многих подзадач, которые возникли во время моих попыток. Вот самые сложные:

1. Изогнутые линии:Они, очевидно, должны иметь один и тот же центр, но если я использую этот центр, высота картинки становится чрезвычайно огромной, что не помещается на странице. Если я использую arc, я могу избежать ненужной огромной высоты, но слишком сложно сделать дуги концентрическими.
2. Обозначения прямого угла:Я нашел решение: нарисовать небольшой квадрат, у которого пунктирная линия и кривые являются двумя сторонами. Конечно, я не могу использовать \picздесь (или могу?). Но здесь 8 таких квадратов, поэтому рисование такого большого количества квадратов сделает мой код чрезвычайно длинным, что мне не нравится.
3. Изогнутые стрелки:Я думаю, inчто и outхорошо, но мне слишком сложно найти координаты и найти углы касания. Я недостаточно "чувствителен", controlsчтобы найти контрольные точки.

Можете ли вы мне помочь? Спасибо заранее!

Answer 1

Согласно моим наблюдениям, можно получить приемлемые результаты, отрегулировав ослабление. (И вы можете нарисовать символы под прямым углом в виде петли.)

\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}

Я не знаю, насколько неоднородно ваше поле. Конечно, можно было бы нарисовать окружности и по закону Кулона.

\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}