Τι είναι η ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση;

Χρησιμοποιώντας τους κατά προσέγγιση υπολογισμούς στις εξισώσεις του Maxwell και τον νόμο του Faraday, οι ηλεκτρομαγνητικές προσομοιώσεις είναι μοντέλα ηλεκτρομαγνητικής και τα αποτελέσματά τους στο περιβάλλον και τις φυσικές δομές γι 'αυτούς.Μια ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να στοχεύσει μια δορυφορική κεραία προς τη σωστή κατεύθυνση για μέγιστα κανάλια και σαφήνεια και να κρίνει την απόδοσή της ή να καθορίσει τη διάδοση των κυμάτων όταν δεν είναι ελεύθερος χώρος.Αυτές οι προσομοιώσεις μπορούν να βοηθήσουν στον αποτελεσματικό σχεδιασμό των τσιπ υπολογιστών και να δείξουν τον τρόπο βελτίωσης της απόδοσης σε μεγάλα ηλεκτρονικά, εντοπίζοντας τις ασυμβατότητες των εξαρτημάτων μέσα σε αυτά.Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που παραλαμβάνεται και διασκορπίζεται και στη συνέχεια απορροφάται από μικρά σωματίδια χρησιμοποιείται σε προσομοιώσεις για έργα επιστήμης στον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Πυρηνικών Ερευνών (CERN) για τα έργα των επιταχυντών σωματιδίων τους.Τα προγράμματα ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης χρησιμοποιούνται επίσης ως εργαλεία στα εργαστήρια φυσικής κολέγιο για να διδάξουν πιο αποτελεσματικά καθώς οι μαθητές λαμβάνουν πρακτική εμπειρία με την επίλυση προβλημάτων χρησιμοποιώντας τα.Διακοπές για τη χρήση πλέγματος για να διακριθούν το χώρο δημιουργώντας μια τοπολογική έρευνα του χώρου.Η επίλυση αυτών των εξισώσεων σε μια ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση συχνά αποκαλύπτει προβλήματα στη μνήμη και την ισχύ του υπολογιστή, καθώς συνήθως μπορούν να γίνουν μόνο σε υπερυπολογιστές με χρονική στάση για κάθε στιγμή του χρόνου σε ολόκληρο τον τομέα, επιλύοντας τις εξισώσεις Maxwell καθώς πηγαίνουν ή διαχωρίζονταιΟι επαναλήψεις του χρόνου και οι γρήγοροι μετασχηματισμοί Fourier.Στη μηχανική των υγρών, η συνοριακή μέθοδος ή η "μέθοδος των στιγμών" (μαμά) μπορούν να εφαρμοστούν για την επίλυση προβλημάτων μηχανικής, ακουστικής και ηλεκτρομαγνητικής.Αυτό επικεντρώνει τους υπολογισμούς μόνο στις παραμεθόριες περιοχές ενός χώρου και όχι στις τιμές όγκου σε κάθε χρονικό βήμα ολόκληρου του χώρου.

Ένα φούρνο μικροκυμάτων κουζίνας είναι ανάλογη με αυτό που είναι γνωστό ως Faraday Cage, το οποίο δείχνει πώς μπορεί να είναι ένα μοντέλο ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσηςΧρήσιμο στην ηλεκτρομαγνητική προστασία.Τα ηλεκτρικά ρεύματα μπορούν να αποκλειστούν από μεταλλικούς τοίχους ή άλλες τέτοιες συσκευές θωράκισης, ενώ τα μαγνητικά ρεύματα απλώς μπορούν να μετακινηθούν γύρω από το εμπόδιο.Στο κλουβί του Faraday, όταν τα τοιχώματα του κλουβιού είναι γειωμένα, η διαδρομή ενός ηλεκτρικού ρεύματος διαταράσσεται από ηλεκτρόνια που ενεργούν ως φορείς ηλεκτρικού φορτίου σε ένα μοτίβο πλέγματος και αντισταθμίζουν το πεδίο.Αυτό προκαλεί τη διάλυση του ηλεκτρικού ρεύματος.Ακριβώς όπως η οθόνη ματιών στο μπροστινό μέρος μιας πόρτας μικροκυμάτων μπλοκάρει τα μικροκύματα από τη διαφυγή της συσκευής επειδή τα μικροκύματα είναι μεγαλύτερα από τις μικροσκοπικές τρύπες στο πλέγμα, μια ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση πλέγματος μπορεί να σχεδιάσει καλή προστατευτική θωράκιση από ηλεκτρικά ρεύματα.Επιλύει τις εξισώσεις Maxwell με ποδηλασία μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου για μια στιγμή και στη συνέχεια ποδηλασία μέσω ενός μαγνητικού πεδίου για την επόμενη στιγμή και εναλλάσσεται επανειλημμένα ξανά και ξανά είναι γνωστή ως η μέθοδος πεπερασμένης διαφοράς (FDTD) για την παραγωγή προσομοιώσεων.Η αλληλεπίδραση EM Wave με δομές υλικών μηχανικών προβλημάτων έχουν επιλυθεί με αυτή τη μέθοδο περισσότερο από οποιαδήποτε άλλη στις ΗΠΑ από το 1990. Χρησιμοποιείται για την επίλυση για τεχνολογίες υπογραφής ραντάρ, ασύρματες τεχνολογίες και βιοϊατρική απεικόνιση, για να αναφέρουμε μερικές από τις εφαρμόσιμες χρήσεις της.

Μοντελοποίηση κύματος για ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση και ανάλυση των κυκλωμάτων μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας το τρισδιάστατο (PEEC) τρισδιάστατο (3-D) μέθοδο μοντελοποίησης πλήρους κύματος.Οι ενσωματωμένες εξισώσεις ερμηνεύονται ως νόμος τάσης του Kirchhoff και, χρησιμοποιώντας το PEEC, εφαρμόζονται σε ένα κύτταρο PEEC που δίνει το διάλυμα γεωμετρώσεων 3-D ενός πλήρους κυκλώματος, επιτρέποντας τα πρόσθετα κυκλώματα να παραβιάζονται στο άμεσο σχέδιο ρεύματος.Χρησιμοποιώντας μοντέλα όπως αυτό στην ηλεκτρομαγνητική προσομοίωση εξοικονομεί χρόνο και κόστος χρημάτων στην κατασκευή ολοκληρωμένων κυκλωμάτων.

Τα τμήματα φυσικής κολέγιο είναι αστέριΓια να χρησιμοποιήσετε τα βιντεοπαιχνίδια που έχουν σχεδιαστεί για να δώσουν μαθήματα μαθητών μέσω ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης για να απεικονίσουν οπτικά στους μαθητές τα φαινόμενα των αναπαραστάσεων της φυσικής.Αυτό μπορεί να βοηθήσει τους μαθητές να αποκτήσουν μια καλύτερη κατανόηση των εννοιών και να προσφέρουν τις εμπειρίες του εγκεφάλου που αποκαλύπτουν τις αδυναμίες τους στη δική τους κατανόηση και τα βήματα που πρέπει να λάβουν για να ενισχύσουν αυτά.Τόσο οι σπουδαστές όσο και οι εκπαιδευτές έχουν διαπιστώσει ότι τόσο ταχύτερη όσο και πιο εμπεριστατωμένη μάθηση μπορούν να διευκολυνθούν χρησιμοποιώντας παραδείγματα πραγματικού κόσμου για την επίλυση της ιδέας της φυσικής μέσω λογισμικού ηλεκτρομαγνητικής προσομοίωσης.