¿Qué es la simulación electromagnética?

Utilizando cálculos aproximados a las ecuaciones de Maxwell y la ley de Faraday, las simulaciones electromagnéticas son modelos de electromagnética y sus efectos sobre el entorno y las estructuras físicas sobre ellas. Se puede utilizar una simulación electromagnética para apuntar una antena satelital en la dirección correcta para los canales y claridad máximos y juzgar su rendimiento o para determinar la propagación de las olas cuando no está en el espacio libre. Estas simulaciones pueden ayudar en el diseño eficiente de chips de computadora y señalar cómo mejorar el rendimiento en la electrónica principal al localizar las incompatibilidades de los componentes dentro de ellos. La radiación electromagnética que se recoge y dispersa y luego se usa por pequeñas partículas en simulaciones para proyectos científicos en los laboratorios de la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN) para sus proyectos de aceleradores de partículas. Los programas de simulación electromagnética también se están utilizando como herramientas en los laboratorios de física universitaria para enseñar de manera más efectiva a medida que los estudiantes reciben E práctico EXperience con la resolución de problemas al usarlos.

Resolver las ecuaciones de Maxwell en cada punto en una cuadrícula ortogonal o no ortogonal es una de las vías para usar redes para discretizar el espacio creando un estudio topológico del espacio. Resolver estas ecuaciones en una simulación electromagnética a menudo revela problemas en la memoria y la potencia de la computadora, ya que generalmente solo se pueden hacer en las supercomputadoras mediante el tiempo de tiempo para cada instante de tiempo a lo largo de un dominio completo, resolviendo las ecuaciones de Maxwell a medida que avanzan o se dividen con iteraciones de tiempo y transformaciones rápidas de Fourier. En la mecánica de fluidos, el método de límite o el "método de momentos" (MOM) se puede aplicar para resolver problemas de ingeniería, acústica y electromagnética. Esto enfoca los cálculos solo en las áreas fronterizas de un espacio en lugar de los valores de volumen en cada paso de tiempo de todo el espacio.

un microondas de cocina es análogo a lo que se sabeComo una jaula de Faraday, que ilustra cómo un modelo de simulación electromagnética podría ser útil en la protección electromagnética. Las corrientes eléctricas pueden ser bloqueadas por paredes metálicas u otros dispositivos de blindaje, mientras que las corrientes magnéticas simplemente se pueden mover alrededor de la obstrucción. En la jaula de Faraday, cuando las paredes de la jaula están conectadas a tierra, la ruta de una corriente eléctrica está perturbada por electrones que actúan como portadores de carga eléctrica en un patrón de malla y compensan el campo; Esto hace que la corriente eléctrica se disipe. Justo cuando la pantalla de malla en la parte delantera de una puerta de microondas bloquea que las microondas escapen del dispositivo porque las microondas son más grandes que los pequeños agujeros en la malla, una simulación de malla electromagnética puede diseñar un buen protector protector de las corrientes eléctricas.

Un método de simulación electromagnético que resuelve las ecuaciones de Maxwell al ciclarse a través de un campo eléctrico durante un instante y luego andar en bicicleta a través de un campo magnético para el siguiente instante y alternando repetidamente OVER y otra vez se conoce como el método de dominio de tiempo de diferencia finita (FDTD) para producir simulaciones. La interacción de onda EM con estructuras de materiales se ha resuelto los problemas de ingeniería más que cualquier otro en los EE. UU. Desde alrededor de 1990. Se utiliza para resolver las tecnologías de firma de radar, tecnologías inalámbricas e imágenes biomédicas, solo por nombrar algunos de sus usos aplicables.

El modelado de onda

para la simulación electromagnética y el análisis de circuitos se pueden realizar utilizando el método de modelado de onda completa del circuito equivalente de elementos parciales (PEEC) (3-D). Las ecuaciones integrales se interpretan como la ley de voltaje de Kirchhoff y, utilizando PEEC, se aplican a una célula PEEC que proporciona la solución de geometrías 3-D de un circuito completo, lo que permite que los circuitos adicionales se respalden al diseño de corriente continua. El uso de modelos como este en la simulación electromagnética ahorra tiempo y costos de dinero en la fabricación de circuitos integrados.

Departamento de física universitariaLos entres están comenzando a utilizar los videojuegos diseñados para brindar clases de estudiantes a través de una simulación electromagnética para representar visualmente a los estudiantes los fenómenos de las representaciones físicas. Esto puede ayudar a los estudiantes a obtener una mejor comprensión de los conceptos y permitir sus experiencias de cerebro que les revelen debilidades en su propia comprensión y los pasos a tomar para fortalecerlos. Tanto los estudiantes como los instructores han descubierto que el aprendizaje más rápido y más profundo puede facilitarse utilizando ejemplos del mundo real de la resolución de conceptos físicos mediante el software de simulación electromagnética.