Hvad er elektromagnetisk simulering?

Ved hjælp af omtrentlige beregninger til Maxwells ligninger og Faradays lov er elektromagnetiske simuleringer modeller af elektromagnetik og deres indvirkning 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 den ikke er i frit rum. Disse simuleringer kan hjælpe med effektiv design af computerchips og pege på, hvordan man forbedrer ydeevnen inden for større elektronik ved at lokalisere inkompatibiliteten af ​​komponenter 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 får praktisk erfaring med at løse problemer ved hjælp af dem.

At løse Maxwells ligninger på hvert punkt i et ortogonalt eller ikke-ortogonalt gitter er en af ​​veje til at bruge gitre til at skelne mellem rum ved at skabe en topologisk undersøgelse af rummet. Opløsning af disse ligninger i en elektromagnetisk simulering afslører ofte problemer i computerhukommelse og magt, da de normalt kun kan udføres på supercomputere ved at trinvise for hvert øjeblik af tid gennem et helt domæne og løse Maxwell-ligningerne, mens de går eller split-step ved hjælp af tids-iterationer og hurtige Fourier-transformationer. I fluidmekanik kan grænsemetoden eller "metoden til øjeblikke" (MoM) anvendes til at løse tekniske problemer, akustik og elektromagnetik. Dette fokuserer kun på beregninger på grænseområderne i et rum snarere end lydstyrkeværdierne på hvert tidspunkt i hele rummet.

En køkken-mikrobølgeovn er analog med det, der er kendt som et Faraday-bur, som illustrerer, hvordan en elektromagnetisk simuleringsmodel kan være nyttig til elektromagnetisk beskyttelse. Elektriske strømme kan blokeres af metalvægge eller andre sådanne afskærmningsanordninger, medens magnetiske strømme blot kan flyttes rundt på forhindringen. I Faradays bur, når burets vægge er jordet, forstyrres en elektrisk strømbane af elektroner, der fungerer som elektriske ladningsbærere i et maskemønster og kompenserer for marken; dette medfører, at den elektriske strøm forsvinder. Ligesom maskeskærmen på fronten af ​​en mikrobølgedør blokerer mikrobølger fra at undslippe enheden, fordi mikrobølger er større end de små huller i masken, kan en elektromagnetisk netsimulering designe en 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 i det næste øjeblik og gentagne gange skiftevis om og om igen, er kendt som den endelige forskel-tidsdomæne (FDTD) -metode til producerer simuleringer. EM-bølgeinteraktion med materialekonstruktionstekniske problemer er blevet løst ved hjælp af denne metode mere end nogen anden i USA siden omkring 1990. Den bruges til at løse radarsignaturteknologier, trådløse teknologier og biomedicinsk billeddannelse, bare for at nævne nogle få af dens anvendelige anvendelser .

Bølemodellering til elektromagnetisk simulering og analyse af kredsløb kan udføres ved anvendelse af det partielle elementækvivalente kredsløb (PEEC) tredimensionel (3-D) fuldbølgemodelleringsmetode. Integrerede ligninger fortolkes som Kirchhoffs spændingslov og ved hjælp af PEEC anvendes de til en PEEC-celle, der giver 3D-geometri-løsningen af ​​et komplet kredsløb, hvilket giver mulighed for, at yderligere kredsløb kan piggy-støttes på lige strømdesign. Brug af modeller som denne i elektromagnetisk simulering sparer tid og penge omkostninger ved fremstilling af integrerede kredsløb.

College fysik afdelinger begynder at gøre brug af videospil designet til at give de studerende lektioner via elektromagnetisk simulering for visuelt at skildre de studerende fænomenerne i fysikrepræsentationer. Dette kan hjælpe studerende med at få et bedre greb om koncepter og give deres hjerne oplevelser, der afslører for dem svagheder i deres egen forståelse og de skridt, de skal tage for at styrke disse. Både studerende og instruktører har fundet, at både hurtigere og mere dybtgående læring kan gøres lettere ved hjælp af eksempler på fysisk konceptløsning ved hjælp af elektromagnetisk simuleringssoftware.

ANDRE SPROG

Hjalp denne artikel dig? tak for tilbagemeldingen tak for tilbagemeldingen

Hvordan kan vi hjælpe? Hvordan kan vi hjælpe?