Kas yra elektromagnetinis modeliavimas?

Naudojant apytikslius Maksvelo lygčių ir Faradėjaus dėsnio skaičiavimus, elektromagnetiniai modeliai yra elektromagnetikos modeliai ir jų poveikis aplinkai ir fizinėms struktūroms. Elektromagnetinis modeliavimas gali būti naudojamas norint nukreipti palydovinę anteną tinkama kryptimi, kad būtų pasiekti didžiausi kanalai ir aiškumas, ir įvertinti jos veikimą arba nustatyti bangų sklidimą, kai nėra laisvoje erdvėje. Šie modeliavimai gali padėti efektyviai suprojektuoti kompiuterių lustus ir parodyti, kaip pagerinti pagrindinių elektronikos įrenginių našumą nustatant komponentų nesuderinamumą jose. Elektromagnetinė spinduliuotė, kurią paima ir išsklaido, o vėliau sugeria mažos dalelės, yra naudojama modeliuojant mokslinius projektus Europos branduolinių tyrimų organizacijos (CERN) laboratorijose dalelių greitintuvų projektams. Elektromagnetinio modeliavimo programos taip pat naudojamos kaip įrankiai kolegijų fizikos laboratorijose, siekiant veiksmingiau mokyti, nes studentai įgyja praktinės patirties sprendžiant problemas.

Maksvelo lygčių sprendimas kiekviename stačiakampio ar nestačiakampio tinklelio taške yra vienas iš būdų, kaip naudoti tinklelius erdvei diskretizuoti sukuriant erdvės topologinį tyrimą. Sprendžiant šias lygtis taikant elektromagnetinį modeliavimą, dažnai atskleidžiamos kompiuterio atminties ir galios problemos, nes jas paprastai galima padaryti tik superkompiuteriuose, kiekvienai laiko akimirkai žingsniuojant per visą sritį, sprendžiant Maksvelo lygtis jų eigoje arba dalijant žingsnius naudojant laiko iteracijos ir greitos Furjė transformacijos. Skysčių mechanikoje ribinis metodas arba „momentų metodas“ (MoM) gali būti taikomas sprendžiant inžinerines, akustikos ir elektromagnetikos problemas. Tai sutelkia skaičiavimus tik į erdvės kraštines sritis, o ne į tūrio reikšmes kiekviename visos erdvės laiko žingsnyje.

Virtuvės mikrobangų krosnelė yra analogiška tai, kas žinoma kaip Faradėjaus narvas, kuris parodo, kaip elektromagnetinio modeliavimo modelis gali būti naudingas elektromagnetinei apsaugai. Elektros sroves galima blokuoti metalinėmis sienelėmis ar kitais tokiais ekranavimo įtaisais, o magnetines sroves galima tik perkelti aplink kliūtį. Faradėjaus narve, kai narvo sienelės yra įžemintos, elektros srovės kelią trikdo elektronai, kurie tinkliniu būdu veikia kaip elektros krūvininkai ir kompensuoja lauką; dėl to išsisklaido elektros srovė. Lygiai taip pat, kaip tinklinis ekranas mikrobangų krosnelės durelių priekyje neleidžia mikrobangoms išbėgti iš įrenginio, nes mikrobangos yra didesnės už mažytes tinklelio skylutes, elektromagnetinio tinklelio modeliavimas gali sukurti gerą apsauginį ekraną nuo elektros srovių.

Elektromagnetinio modeliavimo metodas, kuris išsprendžia Maksvelo lygtis vieną akimirką cikliškai judant per elektrinį lauką, o kitą akimirką per magnetinį lauką ir nuolat kintantis, yra žinomas kaip baigtinių skirtumų laiko srities (FDTD) metodas. gamina simuliacijas. EM bangų sąveikos su medžiagų konstrukcijų inžinerijos problemos šiuo metodu buvo išspręstos daugiau nei bet kuriuo kitu JAV nuo maždaug 1990 m. Jis naudojamas sprendžiant radaro parašo technologijas, belaides technologijas ir biomedicininį vaizdavimą, kad būtų galima paminėti keletą taikomų naudojimo būdų. .

Bangų modeliavimas elektromagnetiniam modeliavimui ir grandinių analizei gali būti atliekamas taikant dalinio elemento ekvivalento grandinės (PEEC) trimačio (3-D) pilnos bangos modeliavimo metodą. Integralinės lygtys interpretuojamos kaip Kirchhoffo įtampos dėsnis ir, naudojant PEEC, yra taikomos PEEC elementui, kuris pateikia visos grandinės 3-D geometrijos sprendimą, leidžiantį papildomoms grandinėms sujungti nuolatinės srovės konstrukciją. Naudojant tokius modelius kaip šis elektromagnetiniame modeliavime, sutaupoma laiko ir pinigų, susijusių su integrinių grandynų gamyba.

Kolegijos fizikos katedros pradeda naudoti vaizdo žaidimus, skirtus duoti studentams pamokas naudojant elektromagnetinį modeliavimą, kad studentai galėtų vizualiai pavaizduoti fizikos vaizdų reiškinius. Tai gali padėti mokiniams geriau suvokti sąvokas ir suteikti savo smegenims patirties, kuri atskleidžia jų pačių supratimo trūkumus ir veiksmus, kurių reikia imtis norint juos sustiprinti. Ir studentai, ir dėstytojai pastebėjo, kad greitesnis ir išsamesnis mokymasis gali būti palengvintas naudojant realius fizikos koncepcijų sprendimo pavyzdžius naudojant elektromagnetinio modeliavimo programinę įrangą.