Hva er elektromagnetisk simulering?
Ved å bruke omtrentlige beregninger til Maxwells ligninger og Faradays lov, er elektromagnetiske simuleringer modeller av elektromagnetikk og deres innvirkning på miljøet og fysiske strukturer rundt dem. En elektromagnetisk simulering kan brukes til å sikte en satellittantenne i riktig retning for maksimale kanaler og klarhet og bedømme dens ytelse eller for å bestemme bølgeforplantning når den ikke er i fritt rom. Disse simuleringene kan hjelpe til med effektiv design av datamaskinbrikker og peke på hvordan du kan forbedre ytelsen i større elektronikk ved å finne inkompatibilitetene til komponenter i dem. Elektromagnetisk stråling som blir plukket opp og spredt og deretter absorbert av små partikler, brukes i simuleringer for vitenskapsprosjekter ved European Organization for Nuclear Research (CERN) laboratorier for deres partikkelakseleratorprosjekter. Elektromagnetiske simuleringsprogrammer blir også brukt som verktøy i fysikklaboratorier for college for å undervise mer effektivt etter hvert som studentene får praktisk erfaring med å løse problemer ved å bruke dem.
Å løse Maxwells ligninger på hvert punkt i et ortogonalt eller ikke-ortogonalt rutenett er en av mulighetene til å bruke rutenett for å skille rom ved å lage en topologisk undersøkelse av rommet. Å løse disse ligningene i en elektromagnetisk simulering avdekker ofte problemer i datamaskinens minne og strøm, ettersom de vanligvis bare kan gjøres på superdatamaskiner ved å tråkke i hvert øyeblikk av tiden gjennom et helt domene, og løse Maxwell-ligningene mens de går eller splitte-trinn ved å bruke tidsendringer og raske Fourier-transformasjoner. I fluidmekanikk kan grensemetoden eller "metoden for øyeblikk" (MoM) brukes for å løse tekniske problemer, akustikk og elektromagnetikk. Dette fokuserer beregninger bare på grenseområdene til et rom i stedet for volumverdiene på hvert trinn i hele rommet.
En kjøkkenmikrobølgeovn er analog med det som kalles et Faraday-bur, som illustrerer hvordan en elektromagnetisk simuleringsmodell kan være nyttig i elektromagnetisk beskyttelse. Elektriske strømmer kan blokkeres av metallvegger eller andre slike skjermingsanordninger, mens magnetiske strømmer bare kan beveges rundt hindringen. Når burets vegger er jordet i Faradays bur, forstyrres en elektrisk strømbane av elektroner som fungerer som elektriske ladningsbærere i et nettmønster og kompenserer for feltet; dette fører til at den elektriske strømmen forsvinner. Akkurat som maskeskjermen på forsiden av en mikrobølgedør blokkerer mikrobølger fra å slippe unna enheten fordi mikrobølger er større enn de bittesmå hullene i nettet, kan en elektromagnetisk nettingssimulering utforme god beskyttelsesskjerming mot elektriske strømmer.
En elektromagnetisk simuleringsmetode som løser Maxwell-ligninger ved å sykle gjennom et elektrisk felt i ett øyeblikk og deretter sykle gjennom et magnetfelt for det neste øyeblikk og gjentatte ganger skiftevis om og om igjen, er kjent som den endelige forskjellen tidsdomene (FDTD) -metoden for produsere simuleringer. EM-bølgeinteraksjon med materialkonstruksjonstekniske problemer er blitt løst ved hjelp av denne metoden mer enn noen annen i USA siden rundt 1990. Den brukes til å løse for radarsignaturteknologier, trådløse teknologier og biomedisinsk avbildning, bare for å nevne noen av de anvendelige bruksområdene .
Bølgemodellering for elektromagnetisk simulering og analyse av kretsløp kan utføres ved bruk av den tredel-dimensjonale (3-D) fullbølgemodelleringsmetoden (Element Element equivalent circuit). Integrerte ligninger blir tolket som Kirchhoffs spenningslov og bruker PEEC på en PEEC-celle som gir 3D-geometri-løsningen av en komplett krets, slik at ytterligere kretser kan piggrygges på likestrømsdesign. Å bruke modeller som dette i elektromagnetisk simulering sparer tid og pengekostnader i produksjonen av integrerte kretsløp.
Fysiske avdelinger ved høyskoler begynner å benytte seg av videospill designet for å gi studentene leksjoner via elektromagnetisk simulering for å visuelt skildre studentene fenomenene i fysikkrepresentasjoner. Dette kan hjelpe elevene til å få et bedre grep om konsepter og gi seg hjerneopplevelser som avslører for dem svakheter i deres egen forståelse og trinnene de må ta for å styrke disse. Både studenter og instruktører har funnet ut at både raskere og mer dyptgående læring kan legges til rette ved å bruke virkelige eksempler på fysikkbegrepsløsning ved hjelp av elektromagnetisk simuleringsprogramvare.