Co to jest elektromagnetyczna obliczeniowa?
Elektromagnetyka obliczeniowa, często nazywana również modelowaniem elektromagnetycznym lub elektrodynamiką obliczeniową, to dziedzina fizyki, która pozwala naukowcom przewidywać i opisywać zachowanie fal elektromagnetycznych w kontakcie z obiektami fizycznymi. Naukowcy mogą wykorzystywać obliczeniową elektromagnetykę do badania dowolnej fali elektromagnetycznej, chociaż jest ona najczęściej stosowana w badaniu fal radiowych lub mikrofal. W takich przypadkach często stosuje się teorię elektromagnetyczną, aby pomóc naukowcom w opracowaniu lepszych anten i sprzętu komunikacyjnego. Aby modelować te złożone równania, naukowcy wymagają użycia potężnych komputerów.
Naukowcy pracujący w elektrodynamice obliczeniowej polegają na zestawie równań zwanych równaniami Maxwella. Równania te służą do opisu zachowania się pól elektrycznych i magnetycznych, na które wpływają zarówno duże, jak i małe obiekty. Niektóre równania Maxwella są odpowiednie podczas badania wpływu cząstek atomowych na pola elektromagnetyczne, podczas gdy inne dokładniej opisują wpływ tych pól na obiekty makroskopowe. Oba te zestawy równań uwzględniają pola elektromagnetyczne emitowane przez te inne obiekty i opisują, co się dzieje, gdy te różne zestawy pól elektromagnetycznych oddziałują na siebie.
Równania stosowane w elektromagnetycznych obliczeniach są niezwykle złożone. Uwzględniają one wiele różnych pól i przewidują ich zachowanie na danym obszarze w przestrzeni. Złożoność matematyki wymaga użycia komputerów, które mogą wykonywać wiele różnych obliczeń i ekstrapolować z nich informacje. Oddziaływanie pól elektromagnetycznych może być reprezentowane matematycznie i wizualnie, dzięki czemu zachowanie tych pól można łatwo zobaczyć i zrozumieć.
W badaniach nad radiem i mikrofalami istnieje wiele praktycznych zastosowań w obliczeniowej elektromagnetyce. Lepsze zrozumienie tego obszaru doprowadziło do postępu w komunikacji i do stworzenia anten, które są w stanie bardziej niezawodnie przesyłać i odbierać dane. Szczególnie w dziedzinie technologii komórkowej bardzo skorzystano z bardziej dogłębnej wiedzy o tym polu, a także ze zwiększonej mocy komputera do obliczania oddziaływań pola elektromagnetycznego na większym obszarze.
Chociaż zachowanie pola elektromagnetycznego nie jest dobrze zorganizowane, dla uproszczenia naukowcy zajmujący się elektromagnetycznymi obliczeniami często modelują te pola symetrycznie. W wielu zastosowaniach bardziej praktyczne jest myślenie o tych polach jako o ogólnych, które można modelować jako proste dwu- lub trójwymiarowe obiekty, takie jak koła lub kule. Możliwe jest wykonanie dokładniejszych modeli pól elektromagnetycznych, jeśli są one potrzebne do różnych zastosowań.