Что такое вычислительная электромагнитика?

Вычислительная электромагнитика, которую также часто называют электромагнитным моделированием или вычислительной электродинамикой, является областью физики, которая позволяет ученым прогнозировать и описывать поведение электромагнитных волн, когда они вступают в контакт с физическими объектами. Ученые могут использовать вычислительную электромагнитность при изучении любой электромагнитной волны, хотя она чаще всего используется при изучении радиоволн или микроволн. В этих случаях электромагнитная теория часто используется, чтобы помочь ученым разработать лучшие антенны и оборудование связи. Чтобы смоделировать эти сложные уравнения, ученые требуют использования мощных компьютеров.

Ученые, работающие в области вычислительной электродинамики, полагаются на систему уравнений, известных как уравнения Максвелла. Эти уравнения используются для описания поведения электрических и магнитных полей, на которые влияют как большие, так и маленькие объекты. Некоторые из уравнений Максвелла подходят для изучения воздействия атомных частиц на электромагнитные поля, в то время как другие более точно описывают, как на эти поля влияют макроскопические объекты. Оба из этих наборов уравнений учитывают электромагнитные поля, излучаемые этими другими объектами, и описывают, что происходит, когда эти различные наборы электромагнитных полей взаимодействуют.

Уравнения, используемые в вычислительной электромагнетике, чрезвычайно сложны. Они учитывают ряд различных полей и предсказывают поведение этих полей в данной области пространства. Сложность математики требует использования компьютеров, которые могут выполнять множество различных вычислений и экстраполировать информацию из них. Взаимодействие электромагнитных полей может быть представлено математически и визуально, так что поведение этих полей можно легко увидеть и понять.

При изучении радио и микроволн существует ряд практических приложений для вычислительной электромагнитики. Более глубокое понимание этой области привело к успехам в области связи и созданию антенн, способных передавать и принимать данные более надежно. В частности, в области клеточных технологий были получены более глубокие знания в этой области, а также возросшая вычислительная мощность компьютеров для расчета взаимодействий электромагнитного поля на большей площади.

Хотя поведение электромагнитного поля не очень хорошо организовано, для простоты ученые по вычислительной электромагнетике часто моделируют эти поля симметрично. Для многих приложений более практично думать об этих полях как об общих чертах, которые можно смоделировать как простые двумерные или трехмерные объекты, такие как круги или сферы. Можно сделать более точные модели электромагнитных полей, если они необходимы для различных применений.