Che cos'è l'elettromagnetismo computazionale?
L'elettromagnetismo computazionale, spesso chiamato anche modellizzazione elettromagnetica o elettrodinamica computazionale, è un campo della fisica che consente agli scienziati di prevedere e descrivere il comportamento delle onde elettromagnetiche quando entrano in contatto con oggetti fisici. Gli scienziati possono usare l'elettromagnetismo computazionale quando studiano qualsiasi onda elettromagnetica, sebbene sia più comunemente usato nello studio delle onde radio o delle microonde. In questi casi, la teoria elettromagnetica viene spesso utilizzata per aiutare gli scienziati a sviluppare antenne e apparecchiature di comunicazione migliori. Per modellare queste complesse equazioni, gli scienziati richiedono l'uso di potenti computer.
Gli scienziati che lavorano nell'elettrodinamica computazionale fanno affidamento su una serie di equazioni note come equazioni di Maxwell. Queste equazioni sono usate per descrivere il comportamento dei campi elettrici e magnetici, che sono influenzati sia da oggetti grandi che piccoli. Alcune equazioni di Maxwell sono appropriate quando si studiano gli effetti delle particelle atomiche sui campi elettromagnetici, mentre altri descrivono più accuratamente il modo in cui questi campi sono influenzati dagli oggetti macroscopici. Entrambi questi insiemi di equazioni tengono conto dei campi elettromagnetici emessi da questi altri oggetti e descrivono cosa succede quando questi diversi insiemi di campi elettromagnetici interagiscono.
Le equazioni utilizzate nell'elettromagnetismo computazionale sono estremamente complesse. Prendono in considerazione un numero di campi diversi e predicono il comportamento di questi campi su una data area nello spazio. La complessità della matematica richiede l'uso di computer in grado di completare molti calcoli diversi ed estrapolare informazioni da essi. L'interazione dei campi elettromagnetici può essere rappresentata matematicamente e visivamente in modo che il comportamento di questi campi possa essere facilmente visto e compreso.
Nello studio di radio e microonde, ci sono una serie di applicazioni pratiche per l'elettromagnetismo computazionale. Una maggiore comprensione di questo campo ha portato a progressi nella comunicazione e alla creazione di antenne in grado di trasmettere e ricevere dati in modo più affidabile. Il campo della tecnologia cellulare, in particolare, ha beneficiato notevolmente di una conoscenza più approfondita di questo campo, nonché della maggiore potenza del computer per calcolare le interazioni del campo elettromagnetico su un'area più ampia.
Sebbene il comportamento di un campo elettromagnetico non sia ben organizzato, per semplicità, gli scienziati di elettromagnetismo computazionale spesso modellano questi campi in modo simmetrico. Per molte applicazioni, è più pratico pensare a questi campi come generalità che possono essere modellate come semplici oggetti bidimensionali o tridimensionali, come cerchi o sfere. È possibile realizzare modelli più accurati di campi elettromagnetici se sono necessari per varie applicazioni.