Vad är datorelektromagnetik?

Beräkningselektromagnetik, som också ofta kallas elektromagnetisk modellering eller beräkningselektrodynamik, är ett fysikområde som gör det möjligt för forskare att förutsäga och beskriva beteendet hos elektromagnetiska vågor när de kommer i kontakt med fysiska föremål. Forskare kan använda beräkningselektromagnetik när de studerar någon elektromagnetisk våg, även om den oftast används vid studier av radiovågor eller mikrovågor. I dessa fall används ofta elektromagnetisk teori för att hjälpa forskare att utveckla bättre antenner och kommunikationsutrustning. För att modellera dessa komplexa ekvationer kräver forskare användning av kraftfulla datorer.

Forskare som arbetar inom beräkningselektrodynamik förlitar sig på en uppsättning ekvationer som kallas Maxwells ekvationer. Dessa ekvationer används för att beskriva beteendet hos elektriska och magnetiska fält, som påverkas av både stora och små föremål. Vissa av Maxwells ekvationer är lämpliga när man studerar effekterna av atompartiklar på elektromagnetiska fält, medan andra mer exakt beskriver hur dessa fält påverkas av makroskopiska föremål. Båda dessa uppsättningar av ekvationer tar hänsyn till de elektromagnetiska fälten som avges av dessa andra föremål och beskriver vad som händer när dessa olika uppsättningar av elektromagnetiska fält interagerar.

Ekvationerna som används i beräkningselektromagnetik är extremt komplexa. De tar hänsyn till ett antal olika fält och förutsäger beteendet hos dessa fält över ett givet område i rymden. Matematikens komplexitet kräver användning av datorer som kan slutföra många olika beräkningar och extrapolera information från dem. Interaktionen mellan elektromagnetiska fält kan representeras matematiskt och visuellt så att fälternas beteende lätt kan ses och förstås.

I studien av radio och mikrovågor finns det ett antal praktiska tillämpningar för beräkningselektromagnetik. En större förståelse för detta fält har lett till framsteg i kommunikation och till skapandet av antenner som kan överföra och ta emot data mer pålitligt. Särskilt cellteknologifältet har haft stor nytta av en mer grundlig kunskap om detta fält samt av den ökade datorkraften för att beräkna interaktioner mellan elektromagnetiska fält över ett större område.

Även om beteendet hos ett elektromagnetiskt fält inte är välorganiserat, för enkelhets skull modellerar beräkningselektromagnetikforskare ofta dessa fält symmetriskt. För många tillämpningar är det mer praktiskt att tänka på dessa fält som generaliteter som kan modelleras som enkla två- eller tredimensionella objekt, till exempel cirklar eller sfärer. Det är möjligt att göra mer exakta modeller av elektromagnetiska fält om de behövs för olika tillämpningar.