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EFeld

Mit dem Programm EFeld können Bewegungen von Elektronen in statischen elektrischen Feldern grafisch simuliert werden. Es stehen verschieden geformte parametrisierbare Ladungen zur Verfügung, die beliebig angeordnet werden können um so unterschiedliche Felder zu erzeugen. Zudem kann auf eine Reihe vordefinierter Beispiele zurückgegriffen werden.

Das Programm wurde für ein Referat im Fach Physik geschrieben und dient ausschließlich zur Visualisierung von elektrischen Feldern und der resultierenden Bewegungen.

Screenshot des Programms EFeld (verschiedene Ladungen)

Verfügbare Ladungen

Es stehen punktförmige, linienförmige und plattenartige Ladungen zur Verfügung. Bei plattenartigen Ladungen wird grundsätzlich von einer unendlichen Länge ausgegangen, während die Breite konfiguriert werden kann. Bei linienartigen Ladungen kann die Länge der Linie konfiguriert werden.

Zusätzlich kann bei punktförmigen Ladungen der Radius der Kugel, welche die Ladung repräsentiert und bei linienförmigen der Radius des Zylinders eingestellt werden. Dies dient aber nur der Anpassung der Visualisierung. Die simulierten Felder werden durch diese zusätzlichen Anpassungen nicht beeinflusst.

Screenshot des Programms EFeld (Elektronenemitter)

Elektronenemitter

Elektronenemitter werden durch gelbe Zylinder bzw. Scheiben repräsentiert. Sie emittieren an einer Seite auf der Kreisfläche Elektronen mit einer festen Anfangsgeschwindigkeit senkrecht zur Fläche. Sowohl die Größe der Fläche als auch die Anfangsgeschwindigkeit der emittierten Elektronen, symbolisiert durch die Höhe des Zylinders, sind frei konfigurierbar.

Screenshot des Programms EFeld (Feldlinien)

Feldlinien

Optional können die von den Ladungen erzeugten elektrostatischen Felder in Form von Feldlinien angezeigt werden. Dies ist bei beliebig komplizierten Ladungsverteilungen möglich.

Screenshot des Objektmanagers

Objektmanager

Mit dem Objektmanager können beliebig viele verschieden geformte Ladungen sowie Elektronenemitter platziert, konfiguriert und ggf. wieder gelöscht werden. Die Position und Größe aller Objekte kann definiert werden. Bei Ladungen kann zusätzlich die Stärke der Ladung angegeben werden.

Screenshot des Programms EFeld (Elektronen-emittierende Punktladung)

Emission von Elektronen

Neben Elektronenemittern können optional auch punktförmige und linienförmige Ladungen Elektronen abgeben. Die Elektronen tauchen dabei an zufälligen Punkten auf der Oberfläche des Objekts ohne Anfangsgeschwindigkeit auf und werden von ggf. vorhandenen elektrostatischen Feldern beschleunigt.

Screenshot des Dialogfeldes Zeit

Dialogfeld "Zeit"

Mit dem Dialog "Zeit" kann die Präzision und Schrittgröße der Simulation eingestellt und die bisher verstrichene simulierte Zeit abgelesen werden. Außerdem kann der Ortsfaktor also praktisch die "Erdanziehung" festgelegt werden. Dadurch ist es möglich zu demonstrieren, dass die Erdanziehung bei Elektronen im Vergleich zu den elektrostatischen Kräften vernachlässigbar ist.

Weitere Funktionen

  • Automatische Rotation um x- und y-Achse
  • Automatischer Wechsel zwischen verschiedenen Ladungsverteilungen
  • Manuelle Rotation auch im Pausenmodus möglich
  • Speichern und Laden von Ladungsverteilungen und Einstellungen
  • Berücksichtigung der Zunahme der Trägheit bei hohen Geschwindigkeiten
  • Änderung von Position, Ausrichtung und Größe bei allen Objekten möglich
  • Bewegliche Kamera
  • Laden per Drag and Drop

Tastenkombinationen und Maussteuerung

Abgesehen von einem ausgiebigen zweisprachigen Menü und den beiden vorgestellten Dialogfeldern wird das Programm EFeld auch mit Hilfe einer Vielzahl von Tastenkombinationen und mit Hilfe der Maus gesteuert. Unter anderen können dadurch die Objekte und die Kamera verschoben und gedreht werden. Außerdem können mit Hilfe von Tasten vordefinierte sowie zwischengespeicherte Szenarien geladen werden. Eine umfassende Auflistung und Erklärung aller Tastenkombinationen findet sich in der Hilfe des Programms, welche aus dem Menü heraus aufgerufen werden kann.

Softwareabhängigkeiten

Um EFeld ausführen zu können, müssen folgende Komponenten installiert sein:

Getestet wurde die Anwendung mit den Windows x86 Versionen der genannten Komponenten.

Programmausführung

Die Binärdateien werden weiter unten wahlweise als jar- oder als zip-Archiv angeboten. Beide Archive enthalten die gleichen class-Dateien. In Form des jar-Archives kann das Programm EFeld bei korrekter Installation der Softwareabhängigkeiten mit einem Doppelklick im Windows-Explorer direkt oder wahlweise aus der Kommandozeile mit "java.exe -jar EFeld_1.01.jar" gestartet werden. Das zip-Archiv muss hingegen entpackt werden. Das Ausführen des Programms in Form von class-Dateien kann dann aus der Kommandozeile mit "java.exe EFeld" veranlasst werden.

Sollte beim Versuch das Programm zu starten eine Fehlermeldung der Form "Exception in thread "main" java.lang.NoClassDefFoundError: javax/media/j3d/Transform3D" angezeigt werden, ist die Java 3D Runtime höchstwahrscheinlich nicht korrekt installiert.

Download

Name EFeld
Beschreibung Programm zur grafischen Simulation der Bewegung von Elektronen in statischen elektrischen Feldern
Lizenz BSD
Sprache mehrsprachig (de, en)
Betriebssystem unabhängig (Java)
Version 1.01 (2009)
jar-Datei EFeld_1.01.jar (135 kB)
MD-5 (jar-Datei) D64494F78D18027D02233E6BE1349AFF
SHA-256 (jar-Datei) 0CD49914C4859049022DA4363B8E2AC037A4D08CC5DACC1142794A1461FE87A2
class-Dateien EFeld_1.01.zip (63 kB)
MD-5 (class-Dateien) 071E31C8F8A060695B0148B11C19B689
SHA-256 (class-Dateien) 2D727BBF6F24FFE2731AD14377ECA4DC79D54F844E43C738B0FFD1F57455A649
Quellcode EFeld_1.01_src.zip (38 kB)
MD-5 (Quellcode) 4914F406D61C67C8ABD09F2E5D001E23
SHA-256 (Quellcode) BBC1AA2EBC3DB22EB0FDB80214774E6579A8B0774AF9B7F1DEED36F0A68B0224