Hvad er elektromagnetisk simulering?
Ved hjælp af omtrentlige beregninger til Maxwells ligninger og Faradays lov er elektromagnetiske simuleringer modeller af elektromagnetik og deres virkning på miljøet og fysiske strukturer omkring dem. En elektromagnetisk simulering kan bruges til at sigte en satellitantenne i den rigtige retning for maksimale kanaler og klarhed og bedømme dens ydeevne eller til at bestemme bølgeforplantning, når det ikke er i frit rum. Disse simuleringer kan hjælpe med effektiv design af computerchips og pege på, hvordan man forbedrer ydeevnen i større elektronik ved at lokalisere komponenternes uforeneligheder i dem. Elektromagnetisk stråling, der opsamles og spredes og derefter absorberes af små partikler, bruges i simuleringer til videnskabsprojekter ved den europæiske organisation for nuklear forskning (CERN) laboratorier til deres partikelacceleratorprojekter. Elektromagnetiske simuleringsprogrammer bruges også som værktøjer i college-fysiklaboratorier til at undervise mere effektivt, når studerende modtager praktisk e.Xperience med at løse problemer ved hjælp af dem.
Løsning af Maxwells ligninger på hvert punkt i et ortogonalt eller ikke-ortogonalt gitter er en af veje til at bruge gitter til at diskretisere plads ved at skabe en topologisk undersøgelse af rummet. Løsning af disse ligninger i en elektromagnetisk simulering afslører ofte problemer i computerhukommelsen og strømmen, da de normalt kun kan udføres på supercomputere ved tidsindretning for hvert øjeblik af tid gennem et helt domæne, løsning af Maxwell-ligningerne, når de går eller splittering ved hjælp af tidsterationer og hurtige fourier-transformer. I væskemekanik kan grænsemetoden eller "metoden til øjeblikke" (MOM) anvendes til at løse tekniske problemer, akustik og elektromagnetik. Dette fokuserer kun beregninger på grænseområderne i et rum snarere end volumenværdierne på hvert tidspunkt i hele rummet.
En køkkenmikrobølgeovn er analog med det, der er kendtSom et Faraday -bur, der illustrerer, hvordan en elektromagnetisk simuleringsmodel kan være nyttig i elektromagnetisk beskyttelse. Elektriske strømme kan blokeres af metalvægge eller andre sådanne afskærmningsanordninger, mens magnetiske strømme blot kan bevæges rundt om hindringen. I Faradays bur, når burets vægge er jordet, forstyrres en elektrisk strøms sti af elektroner, der fungerer som elektriske ladningsbærere i et mesh -mønster og kompenserer for marken; Dette får den elektriske strøm til at sprede sig. Ligesom mesh -skærmen på fronten af en mikrobølgedør blokerer mikrobølger fra at flygte fra enheden, fordi mikrobølger er større end de små huller i masken, kan en elektromagnetisk mesh -simulering designe god beskyttelsesafskærmning mod elektriske strømme.
En elektromagnetisk simuleringsmetode, der løser Maxwell -ligninger ved at cykle gennem et elektrisk felt i et øjeblik og derefter cykle gennem et magnetfelt til det næste øjeblik og gentagne gange vekslende OVER og igen er kendt som den endelige forskelle tidsdomæne (FDTD) -metode til produktion af simuleringer. EM -bølgeinteraktion med materielle strukturer Engineering -problemer er blevet løst ved denne metode mere end nogen anden i USA siden omkring 1990. Det bruges til at løse til radarsignaturteknologier, trådløse teknologier og biomedicinsk billeddannelse, bare for at nævne nogle få af dets gældende anvendelser.
Bølgetilmodellering til elektromagnetisk simulering og analyse af kredsløb kan udføres ved hjælp af det delvise elementækvivalent kredsløb (PEEC) tredimensionel (3-D) fuldbølget modelleringsmetode. Integrale ligninger fortolkes som Kirchhoffs spændingslov, og ved hjælp af PEEC påføres en PEEC-celle, der giver 3-D-geometri-opløsningen af et komplet kredsløb, hvilket gør det muligt for yderligere kredsløb at blive piggy-backed på det direkte strømdesign. Brug af modeller som denne i elektromagnetisk simulering sparer tid og pengeomkostninger til fremstilling af integrerede kredsløb.
College Physics DepartmENT'er begynder at gøre brug af videospil designet til at give studerende lektioner via elektromagnetisk simulering for visuelt at skildre de studerende fænomener med fysikrepræsentationer. Dette kan hjælpe studerende med at få et bedre greb om koncepter og give deres hjerneroplevelser, der afslører for dem svagheder i deres egen forståelse og trinene til at styrke disse. Både studerende og instruktører har fundet ud af, at både hurtigere og mere dybdegående læring kan lettes ved hjælp af eksempler på den virkelige verden på fysikkonceptløsning ved hjælp af elektromagnetisk simuleringssoftware.