Co je výpočetní elektromagnetie?

Výpočtová elektromagnetika, která se také často nazývá elektromagnetické modelování nebo výpočetní elektrodynamika, je pole fyziky, které vědcům umožňuje předpovídat a popisovat chování elektromagnetických vln, když přicházejí do styku s fyzickými objekty. Vědci mohou používat výpočetní elektromagnetismus při studiu jakékoli elektromagnetické vlny, i když se nejčastěji používají při studiu rádiových vln nebo mikrovln. V těchto případech se často používá elektromagnetická teorie, aby vědcům pomohla vyvinout lepší antény a komunikační zařízení. Aby mohli modelovat tyto složité rovnice, vědci vyžadují použití výkonných počítačů.

Vědci pracující ve výpočetní elektrodynamice se spoléhají na řadu rovnic známých jako Maxwellovy rovnice. Tyto rovnice se používají k popisu chování elektrických a magnetických polí, která jsou ovlivněna velkými i malými objekty. Některé Maxwellovy rovnice jsou vhodné při studiu účinků atomových částic na elektromagnetická pole, zatímco jiné přesněji popisují, jak jsou tato pole ovlivněna makroskopickými objekty. Obě tyto množiny rovnic berou v úvahu elektromagnetická pole vyzařovaná těmito jinými objekty a popisují, co se stane, když tyto různé sady elektromagnetických polí interagují.

Rovnice používané ve výpočetní elektromagnetice jsou velmi složité. Zohledňují řadu různých polí a předpovídají chování těchto polí v dané oblasti ve vesmíru. Složitost matematiky vyžaduje použití počítačů, které mohou provádět mnoho různých výpočtů a extrapolovat z nich informace. Interakce elektromagnetických polí může být reprezentována matematicky a vizuálně, takže chování těchto polí lze snadno vidět a pochopit.

Při studiu rádiových a mikrovlnných vln existuje celá řada praktických aplikací pro výpočetní elektromagnetiku. Lepší porozumění této oblasti vedlo k pokroku v komunikaci ak vytvoření antén, které jsou schopny spolehlivěji přenášet a přijímat data. Obzvláště pole buněčné technologie velmi těží z důkladnější znalosti tohoto oboru a ze zvýšeného výkonu počítače pro výpočet interakcí elektromagnetického pole na větší ploše.

Ačkoli chování elektromagnetického pole není dobře organizované, pro zjednodušení vědci v oblasti výpočetní elektromagnetiky tato pole často modelují symetricky. Pro mnoho aplikací je praktičtější myslet na tato pole jako na obecnosti, které lze modelovat jako jednoduché dvourozměrné nebo trojrozměrné objekty, jako jsou kruhy nebo koule. Je možné vyrobit přesnější modely elektromagnetických polí, pokud jsou potřeba pro různé aplikace.