Wat is elektromagnetische simulatie?
Met behulp van benaderende berekeningen voor de vergelijkingen van Maxwell en de wet van Faraday zijn elektromagnetische simulaties modellen van elektromagnetische straling en hun effecten op de omgeving en fysieke structuren eromheen. Een elektromagnetische simulatie kan worden gebruikt om een satellietantenne in de juiste richting te richten voor maximale kanalen en duidelijkheid en de prestaties ervan te beoordelen of om golfvoortplanting te bepalen wanneer deze zich niet in de vrije ruimte bevindt. Deze simulaties kunnen helpen bij het efficiënte ontwerp van computerchips en wijzen op hoe de prestaties in belangrijke elektronica kunnen worden verbeterd door de incompatibiliteit van componenten erin te lokaliseren. Elektromagnetische straling die wordt opgepikt en verspreid en vervolgens wordt geabsorbeerd door kleine deeltjes, wordt gebruikt in simulaties voor wetenschapsprojecten bij de laboratoria van de Europese Organisatie voor Nucleair Onderzoek (CERN) voor hun deeltjesversnellerprojecten. Elektromagnetische simulatieprogramma's worden ook gebruikt als hulpmiddelen in fysicalabs van de universiteit om effectiever les te geven wanneer studenten praktische ervaring opdoen met het oplossen van problemen die ze gebruiken.
Het oplossen van de vergelijkingen van Maxwell op elk punt in een orthogonaal of niet-orthogonaal raster is een van de manieren om rasters te gebruiken om ruimte te discrimineren door een topologisch overzicht van de ruimte te maken. Het oplossen van deze vergelijkingen in een elektromagnetische simulatie onthult vaak problemen in computergeheugen en vermogen, omdat ze meestal alleen kunnen worden gedaan op supercomputers door in een tijdsbestek voor elk moment in een heel domein in tijd te stappen, de Maxwell-vergelijkingen op te lossen terwijl ze gaan of split-stepping met behulp van tijditeraties en snelle Fourier-transformaties. In de vloeistofmechanica kan de grensmethode of "methode van momenten" (MoM) worden toegepast om technische problemen, akoestiek en elektromagnetica op te lossen. Hiermee worden berekeningen alleen gericht op de randgebieden van een spatie en niet op de volumewaarden bij elke tijdstap van de hele spatie.
Een keukenmicrogolf is analoog aan wat bekend staat als een kooi van Faraday, wat illustreert hoe een elektromagnetisch simulatiemodel nuttig kan zijn bij elektromagnetische bescherming. Elektrische stromen kunnen worden geblokkeerd door metalen wanden of andere dergelijke afschermingsinrichtingen, terwijl magnetische stromen alleen rond de obstructie kunnen worden verplaatst. In de kooi van Faraday, wanneer de wanden van de kooi geaard zijn, wordt het pad van een elektrische stroom verstoord door elektronen die werken als elektrische ladingsdragers in een maaspatroon en het veld compenseren; hierdoor verdwijnt de elektrische stroom. Net zoals het gaasscherm aan de voorkant van een microgolfdeur blokkeert dat microgolven uit het apparaat ontsnappen omdat microgolven groter zijn dan de kleine gaten in het gaas, kan een elektromagnetische gaassimulatie een goede beschermende afscherming tegen elektrische stromen ontwerpen.
Een elektromagnetische simulatiemethode die Maxwell-vergelijkingen oplost door het ene moment door een elektrisch veld te fietsen en het volgende moment door een magnetisch veld te fietsen en herhaaldelijk steeds weer afwisselend, staat bekend als de eindige-verschil-tijd-domein (FDTD) methode voor simulaties produceren. EM-golfinteractie met technische problemen met materiaalstructuren is sinds 1990 rond deze methode meer dan alle andere in de VS opgelost. Het wordt gebruikt bij het oplossen van radarsignatuurtechnologieën, draadloze technologieën en biomedische beeldvorming, om maar een paar van de toepasselijke toepassingen te noemen. .
Golfmodellering voor elektromagnetische simulatie en analyse van circuits kan worden uitgevoerd met behulp van de driedimensionale driedimensionale (3-D) full-wave modelleringsmethode met partieel elementequivalent circuit (PEEC). Integrale vergelijkingen worden geïnterpreteerd als de spanningwet van Kirchhoff en worden, met behulp van PEEC, toegepast op een PEEC-cel die de 3D-geometrieënoplossing van een compleet circuit oplevert, waardoor extra circuits op het gelijkstroomontwerp kunnen worden aangesloten. Het gebruik van dergelijke modellen bij elektromagnetische simulatie bespaart tijd en geld bij de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen.
Afdeling fysica van hogescholen begint videogames te gebruiken die zijn ontworpen om studenten lessen te geven via elektromagnetische simulatie om de fenomenen van fysische representaties visueel weer te geven aan de studenten. Dit kan studenten helpen een beter begrip te krijgen van concepten en hun hersens ervaringen te bieden die hun zwakke punten in hun eigen inzicht en de stappen die zij moeten nemen om deze te versterken, aan het licht brengen. Zowel studenten als instructeurs hebben ontdekt dat zowel sneller als meer diepgaand leren kan worden vergemakkelijkt met behulp van praktijkvoorbeelden van fysica-conceptoplossing door middel van elektromagnetische simulatiesoftware.