Co je elektromagnetická simulace?
Použitím přibližných výpočtů k Maxwellovým rovnicím a Faradayovým zákonům jsou elektromagnetické simulace modely elektromagnetismu a jejich vlivů na prostředí a fyzické struktury kolem nich. Elektromagnetická simulace může být použita k zaměření satelitní antény správným směrem pro maximální kanály a čistotu a posouzení jejího výkonu nebo k určení šíření vln, pokud není ve volném prostoru. Tyto simulace mohou pomoci při účinném návrhu počítačových čipů a poukazují na to, jak zlepšit výkon v hlavní elektronice lokalizováním nekompatibility součástí v nich. Elektromagnetické záření zachycené a rozptýlené a poté absorbované malými částicemi se používá při simulacích pro vědecké projekty v laboratořích Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) pro projekty jejich urychlovačů částic. Elektromagnetické simulační programy jsou také používány jako nástroje ve vysokoškolských fyzických laboratořích k účinnější výuce, protože studenti získávají praktické zkušenosti s řešením problémů s jejich používáním.
Řešení Maxwellových rovnic v každém bodě v pravoúhlé nebo neortogonální mřížce je jednou z cest, jak využít mřížky k diskretizaci prostoru vytvořením topologického průzkumu prostoru. Řešení těchto rovnic v elektromagnetické simulaci často odhaluje problémy v počítačové paměti a výkonu, protože obvykle lze provádět pouze na superpočítačích časovým krokem pro každý okamžik času v celé doméně, řešením Maxwellových rovnic během jejich cesty nebo rozděleným krokováním pomocí časové iterace a rychlé Fourierovy transformace. V mechanice tekutin lze použít mezní metodu nebo „metodu momentů“ (MoM) k vyřešení technických problémů, akustiky a elektromagnetiky. To zaměřuje výpočty pouze na hraniční oblasti prostoru, nikoli na hodnoty objemu v každém časovém kroku celého prostoru.
Kuchyňská mikrovlnná trouba je analogická tomu, co se nazývá Faradayova klec, což ukazuje, jak by mohl být elektromagnetický simulační model užitečný při elektromagnetické ochraně. Elektrické proudy mohou být blokovány kovovými stěnami nebo jinými takovými stínícími zařízeními, zatímco magnetické proudy se mohou pohybovat pouze kolem překážky. Ve Faradayově kleci, když jsou stěny klece uzemněny, je dráha elektrického proudu narušena elektrony působícími jako nosiče elektrického náboje v síťovém vzoru a kompenzují pole; to způsobí rozptyl elektrického proudu. Stejně jako síťová obrazovka na přední straně mikrovlnných dveří blokuje mikrovlny, aby unikly zařízení, protože mikrovlny jsou větší než malé otvory v síti, může simulace elektromagnetické sítě navrhnout dobré ochranné stínění před elektrickými proudy.
Elektromagnetická simulační metoda, která řeší Maxwellovy rovnice tím, že cykluje přes elektrické pole pro jeden okamžik a pak cykluje přes magnetické pole pro další okamžik a opakovaně střídá se znovu a znovu je známá jako metoda konečných rozdílů v časové doméně (FDTD) vytváření simulací. Interakce EM vln s inženýrskými problémy s materiálovými strukturami byly v USA od roku 1990 řešeny touto metodou více než kterákoli jiná v USA. Používá se při řešení technologií radarového podpisu, bezdrátových technologií a biomedicínského zobrazování, abychom vyjmenovali jen některé z jeho použitelných použití. .
Modelování vln pro elektromagnetickou simulaci a analýzu obvodů může být prováděno metodou trojrozměrného ekvivalentního obvodu (PEEC) s trojrozměrným (3-D) full-wave modelováním. Integrální rovnice jsou interpretovány jako Kirchhoffův zákon o napětí a pomocí PEEC jsou aplikovány na PEEC buňku, která dává řešení 3D geometrie kompletního obvodu, což umožňuje, aby byly na návrh stejnosměrného proudu podporovány další obvody. Použití takových modelů v elektromagnetické simulaci šetří čas a peníze při výrobě integrovaných obvodů.
Katedry fyziky vysokých škol začínají využívat videohry určené k tomu, aby poskytovaly studentům hodiny prostřednictvím elektromagnetické simulace vizuálně zobrazovat studentům jevy fyzických reprezentací. To může studentům pomoci získat lepší přehled o konceptech a dovolit jim zážitky z mozku, které jim odhalí slabiny v jejich vlastním porozumění a kroky, které mají podniknout, aby je posílily. Jak studenti, tak i lektoři zjistili, že jak rychlejší, tak důkladnější učení lze usnadnit pomocí příkladů řešení fyzikální koncepce v reálném světě pomocí softwaru pro elektromagnetickou simulaci.