Cos'è la simulazione elettromagnetica?

Utilizzando calcoli approssimativi per le equazioni di Maxwell e la legge di Faraday, le simulazioni elettromagnetiche sono modelli di elettromagnetica e i loro effetti sull'ambiente e sulle strutture fisiche su di essi. Una simulazione elettromagnetica può essere utilizzata per puntare un'antenna satellitare nella giusta direzione per i canali e la chiarezza massimi e giudicarne le prestazioni o per determinare la propagazione delle onde quando non nello spazio libero. Queste simulazioni possono aiutare nella progettazione efficiente dei chip di computer e indicare come migliorare le prestazioni in importanti elettronici individuando le incompatibilità dei componenti al loro interno. Le radiazioni elettromagnetiche che vengono raccolte e disperse e quindi assorbite da piccole particelle vengono utilizzate in simulazioni per progetti scientifici presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) laboratori per i loro progetti di acceleratori di particelle. I programmi di simulazione elettromagnetica vengono anche utilizzati come strumenti nei laboratori di fisica universitaria per insegnare in modo più efficace quando gli studenti ricevono pratici EXperience con la risoluzione dei problemi usandoli.

Risolvere le equazioni di Maxwell in ogni punto di una griglia ortogonale o non ortogonale è una delle strade per usare le griglie per discretizzare lo spazio creando un sondaggio topologico dello spazio. La risoluzione di queste equazioni in una simulazione elettromagnetica rivela spesso problemi nella memoria e nella potenza del computer, poiché di solito possono essere eseguite solo sui supercomputer con un periodo di tempo per ogni istante di tempo in un intero dominio, risolvendo le equazioni di Maxwell mentre vanno o si dividevano usando iterazioni del tempo e trasformazioni veloci di Fourier. Nella meccanica dei fluidi, il metodo al contorno o il "metodo dei momenti" (mamma) possono essere applicati per risolvere problemi di ingegneria, acustica ed elettromagnetica. Questo focalizza i calcoli solo sulle aree di confine di uno spazio piuttosto che sui valori del volume in ogni fase del tempo dell'intero spazio.

Un microonde da cucina è analogo a ciò che è notoCome una gabbia Faraday, che illustra come un modello di simulazione elettromagnetica potrebbe essere utile nella protezione elettromagnetica. Le correnti elettriche possono essere bloccate da pareti metalliche o altri dispositivi di schermatura di questo tipo, mentre le correnti magnetiche possono semplicemente essere spostate attorno all'ostruzione. Nella gabbia di Faraday, quando le pareti della gabbia sono messe a terra, il percorso di una corrente elettrica è disturbato dagli elettroni che fungono da portatori di carica elettrica in un modello a maglie e compensano il campo; Ciò provoca la dissipazione della corrente elettrica. Proprio come lo schermo della mesh sulla parte anteriore di una porta a microonde blocca le microonde dalla fuga del dispositivo perché le microonde sono più grandi dei piccoli fori nella maglia, una simulazione elettromagnetica a maglie può progettare una buona schermatura protettiva dalle correnti elettriche.

Un metodo di simulazione elettromagnetica che risolve le equazioni di Maxwell ciclando attraverso un campo elettrico per un istante e quindi pedalando attraverso un campo magnetico per il prossimo istante e alternando ripetutamenteR e ancora sono noti come metodo del dominio del tempo a differenza finita (FDTD) per la produzione di simulazioni. L'interazione delle onde EM con i problemi di ingegneria delle strutture materiali è stata risolta da questo metodo più di qualsiasi altro negli Stati Uniti dal 1990. Viene utilizzato per risolvere le tecnologie di firma radar, le tecnologie wireless e l'imaging biomedico, solo per nominare alcuni dei suoi usi applicabili.

La modellazione delle onde

per la simulazione elettromagnetica e l'analisi dei circuiti possono essere eseguite utilizzando il metodo di modellazione tridimensionale (3-D) di circuito equivalente a elemento parziale (PEEC). Le equazioni integrali sono interpretate come la legge di tensione di Kirchhoff e, usando PEEC, vengono applicate a una cella PEEC che fornisce la soluzione di geometrie 3-D di un circuito completo, consentendo di essere appoggiati da circuiti aggiuntivi sulla progettazione della corrente continua. L'uso di modelli come questo nella simulazione elettromagnetica consente di risparmiare costi di tempo e denaro nella produzione di circuiti integrati.

College Physics DepartmGli ENT stanno iniziando a utilizzare i videogiochi progettati per dare lezioni agli studenti tramite simulazione elettromagnetica per rappresentare visivamente agli studenti i fenomeni delle rappresentazioni di fisica. Ciò può aiutare gli studenti a prendere una migliore comprensione dei concetti e permettersi le loro esperienze di cervello che rivelano loro di debolezza nella loro comprensione e i passi da adottare per rafforzarli. Sia gli studenti che gli istruttori hanno scoperto che sia l'apprendimento più veloce che più approfondito può essere facilitato utilizzando esempi del mondo reale di risoluzione di concetti di fisica mediante software di simulazione elettromagnetica.