Kas yra skaičiavimo elektromagnetika?

Skaičiavimo elektromagnetika, kuri taip pat dažnai vadinama elektromagnetiniu modeliavimu arba skaičiavimo elektrodinamika, yra fizikos sritis, leidžianti mokslininkams numatyti ir apibūdinti elektromagnetinių bangų elgesį, kai jos liečiasi su fiziniais objektais. Mokslininkai gali naudoti skaičiavimo elektromagnetiką tirdami bet kokias elektromagnetines bangas, nors dažniausiai ji naudojama tiriant radijo bangas arba mikrobangas. Tokiais atvejais elektromagnetinė teorija dažnai naudojama siekiant padėti mokslininkams sukurti geresnes antenas ir ryšių įrangą. Norint modeliuoti šias sudėtingas lygtis, mokslininkai reikalauja naudoti galingus kompiuterius.

Mokslininkai, dirbantys skaičiavimo elektrodinamikos srityje, remiasi lygčių rinkiniu, žinomu kaip Maksvelo lygtys. Šios lygtys naudojamos apibūdinti elektrinių ir magnetinių laukų, kuriuos veikia tiek dideli, tiek maži objektai, elgseną. Kai kurios Maksvelo lygtys yra tinkamos tiriant atominių dalelių poveikį elektromagnetiniams laukams, o kitos tiksliau apibūdina, kaip šiuos laukus veikia makroskopiniai objektai. Abi šios lygčių rinkiniai atsižvelgia į šių kitų objektų skleidžiamus elektromagnetinius laukus ir apibūdina, kas nutinka, kai šie skirtingi elektromagnetinių laukų rinkiniai sąveikauja.

Skaičiavimo elektromagnetikoje naudojamos lygtys yra labai sudėtingos. Jie atsižvelgia į daugybę skirtingų laukų ir numato šių laukų elgesį tam tikroje erdvės srityje. Dėl matematikos sudėtingumo reikia naudoti kompiuterius, kurie gali atlikti daugybę skirtingų skaičiavimų ir ekstrapoliuoti iš jų informaciją. Elektromagnetinių laukų sąveiką galima pavaizduoti matematiškai ir vizualiai, kad būtų galima lengvai pamatyti ir suprasti šių laukų elgesį.

Tiriant radiją ir mikrobangas, yra daug praktinių kompiuterinės elektromagnetikos pritaikymų. Geresnis šios srities supratimas leido patobulinti komunikaciją ir sukurti antenas, kurios gali patikimiau perduoti ir priimti duomenis. Visų pirma korinio ryšio technologijų sričiai buvo labai naudingas išsamesnis šios srities išmanymas, taip pat padidėjusi kompiuterio galia, skirta apskaičiuoti elektromagnetinio lauko sąveiką didesniame plote.

Nors elektromagnetinio lauko elgesys nėra gerai organizuotas, dėl paprastumo skaičiavimo elektromagnetikos mokslininkai dažnai modeliuoja šiuos laukus simetriškai. Daugeliu atvejų praktiškiau šiuos laukus laikyti bendraisiais, kuriuos galima modeliuoti kaip paprastus dvimačius ar trijų matmenų objektus, tokius kaip apskritimai ar sferos. Galima padaryti tikslesnius elektromagnetinių laukų modelius, jei jų reikia įvairioms reikmėms.