För att beräkna potentialen och det elektriska fältet numeriskt används den så kallade fempunktsformeln. (Testladdningarnas rörelse i det elektriska fältet beräknas med Heuns metod vilken beskrivs här.)
Den elektriska potentialen V(x,y) beror av den elektriska laddningsfördelningen r(x,y) i det två-dimensionella rummet med koordinaterna (x,y). Matematiskt ges sambandet mellan potentialen och laddningsfördelningen av följande partiella differential ekvation kallad Poissons ekvation,
där d2V(x,y)/dx2 betecknar andra derivatan av potenialen med avseende på x. Om laddningstätheten r(x,y) är noll får vi istället Laplace ekvation vilken är lättare att lösa.
För att lösa Laplace ekvation numeriskt delar vi först in det två dimensionella rummet (x,y) i ett nät av punkter jämnt fördelade i x- och y-led på avståndet h från varandra.
Vilket ger följande approximation till Laplace ekvation,
Med andra ord ges potentialen i en punkt V(xi,yj) av medelvärdet av potentialen i de närmaste fyra punkterna,
Vilket kan illustreras på följande sett.
Som startfördelning använder vi approximationen att V(xi,yj) = r(xi,yj). I de punkter där r är skild från noll är V konstant medan i övriga punkter så itereras lösning till V fram på det sätt som beskrivs ovan. När skillnaden mellan den nya och gamla lösningen är tillräckligt liten så att önskad precision uppnåtts är beräkningen färdig.
Observera att det elektriska fältet är ett vektor fält med två komponenter (värden), en i x-led och en i y-led, E(x,y)=(Ex(x,y),Ey(x,y)). Numeriskt kan det elektriska fältets två komponenter approximeras med,
Ex(xi,yj) = - [ V(xi+1,yj) - V(xi-1,yj) ] /(2*h) |
Ey(xi,yj) = - [ V(xi,yj+1) - V(xi,yj-1) ] /(2*h) |
Det finns ännu noggrannare approximationer för att beräkna potentialen och det elektriska fältet.
Den Java-kod som räknar ut potentialen och det elektriska fältet finns här.