Was ist Computerelektromagnetik?

Die rechnergestützte Elektromagnetik, die häufig auch als elektromagnetische Modellierung oder rechnergestützte Elektrodynamik bezeichnet wird, ist ein Gebiet der Physik, mit dem Wissenschaftler das Verhalten elektromagnetischer Wellen vorhersagen und beschreiben können, wenn sie mit physischen Objekten in Kontakt kommen. Wissenschaftler können bei der Untersuchung elektromagnetischer Wellen rechnergestützte Elektromagnetik verwenden, obwohl diese am häufigsten bei der Untersuchung von Radiowellen oder Mikrowellen verwendet wird. In diesen Fällen wird häufig die elektromagnetische Theorie verwendet, um Wissenschaftlern bei der Entwicklung besserer Antennen und Kommunikationsgeräte zu helfen. Um diese komplexen Gleichungen zu modellieren, benötigen Wissenschaftler leistungsfähige Computer.

Wissenschaftler, die in der rechnergestützten Elektrodynamik arbeiten, stützen sich auf einen Satz von Gleichungen, die als Maxwell-Gleichungen bekannt sind. Diese Gleichungen beschreiben das Verhalten elektrischer und magnetischer Felder, die sowohl von großen als auch von kleinen Objekten beeinflusst werden. Bestimmte Maxwell-Gleichungen sind geeignet, um die Auswirkungen von Atompartikeln auf elektromagnetische Felder zu untersuchen, während andere genauer beschreiben, wie diese Felder von makroskopischen Objekten beeinflusst werden. Beide Gleichungssysteme berücksichtigen die von diesen anderen Objekten emittierten elektromagnetischen Felder und beschreiben, was passiert, wenn diese unterschiedlichen elektromagnetischen Felder zusammenwirken.

Die in der rechnergestützten Elektromagnetik verwendeten Gleichungen sind äußerst komplex. Sie berücksichtigen eine Reihe verschiedener Felder und sagen das Verhalten dieser Felder in einem bestimmten Raumbereich voraus. Die Komplexität der Mathematik erfordert den Einsatz von Computern, mit denen viele verschiedene Berechnungen durchgeführt und Informationen daraus extrapoliert werden können. Die Wechselwirkung elektromagnetischer Felder kann mathematisch und visuell dargestellt werden, so dass das Verhalten dieser Felder leicht gesehen und verstanden werden kann.

Bei der Untersuchung von Radio- und Mikrowellen gibt es eine Reihe praktischer Anwendungen für die rechnergestützte Elektromagnetik. Ein besseres Verständnis dieses Bereichs hat zu Fortschritten in der Kommunikation und zur Schaffung von Antennen geführt, die in der Lage sind, Daten zuverlässiger zu senden und zu empfangen. Insbesondere das Gebiet der Zellulartechnologie hat von einer gründlicheren Kenntnis dieses Gebiets sowie von der erhöhten Computerleistung zur Berechnung der Wechselwirkungen elektromagnetischer Felder über einen größeren Bereich stark profitiert.

Obwohl das Verhalten eines elektromagnetischen Feldes der Einfachheit halber nicht gut organisiert ist, modellieren Wissenschaftler der rechnergestützten Elektromagnetik diese Felder häufig symmetrisch. Für viele Anwendungen ist es praktischer, sich diese Felder als Allgemeingültigkeiten vorzustellen, die als einfache zwei- oder dreidimensionale Objekte wie Kreise oder Kugeln modelliert werden können. Es ist möglich, genauere Modelle von elektromagnetischen Feldern zu erstellen, wenn diese für verschiedene Anwendungen benötigt werden.

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