Kaj je računalniška elektromagnetika?

Računalniška elektromagnetika, ki jo pogosto imenujemo tudi elektromagnetno modeliranje ali računalniška elektrodinamika, je področje fizike, ki omogoča znanstvenikom, da napovedujejo in opišejo obnašanje elektromagnetnih valov, ko pridejo v stik s fizičnimi predmeti. Znanstveniki lahko uporabljajo računalniško elektromagnetiko pri preučevanju katerega koli elektromagnetnega valovanja, čeprav se najpogosteje uporablja pri preučevanju radijskih valov ali mikrovalov. V teh primerih se elektromagnetna teorija pogosto uporablja za pomoč znanstvenikom pri razvoju boljših anten in komunikacijske opreme. Za modeliranje teh zapletenih enačb znanstveniki potrebujejo uporabo zmogljivih računalnikov.

Znanstveniki, ki delajo na področju računalniške elektrodinamike, se zanašajo na niz enačb, znanih kot Maxwellove enačbe. Te enačbe se uporabljajo za opis obnašanja električnih in magnetnih polj, na katera vplivajo tako veliki kot majhni predmeti. Nekatere Maxwellove enačbe so primerne za preučevanje učinkov atomskih delcev na elektromagnetna polja, druge pa natančneje opisujejo, kako na ta polja vplivajo makroskopski objekti. Obe skupini enačb upoštevata elektromagnetna polja, ki jih oddajajo ti drugi predmeti, in opisujeta, kaj se zgodi, ko ti različni nizi elektromagnetnih polj medsebojno delujejo.

Enačbe, ki se uporabljajo v računalniški elektromagnetiki, so izjemno zapletene. Upoštevajo številna različna polja in napovedujejo obnašanje teh polj na določenem območju v prostoru. Zapletenost matematike zahteva uporabo računalnikov, ki lahko dokončajo številne različne izračune in iz njih ekstrapolirajo informacije. Interakcija elektromagnetnih polj je mogoče predstaviti matematično in vizualno, tako da je vedenje teh polj enostavno videti in razumeti.

Pri preučevanju radia in mikrovalovnih pečic obstajajo številne praktične aplikacije za računalniško elektromagnetiko. Večje razumevanje tega področja je privedlo do napredka v komunikaciji in do ustvarjanja anten, ki so sposobne zanesljiveje prenašati in sprejemati podatke. Zlasti področje celične tehnologije je imelo velike koristi od temeljitejšega poznavanja tega področja, pa tudi od povečane računalniške moči za izračun interakcij elektromagnetnega polja na večjem območju.

Čeprav vedenje elektromagnetnega polja ni dobro organizirano, znanstveniki za računalniško elektromagnetiko zaradi preprostosti ta polja pogosto modelirajo simetrično. Za številne aplikacije je bolj praktično razmišljati o teh poljih kot o splošnostih, ki jih je mogoče modelirati kot preproste dvo- ali tridimenzionalne objekte, kot so krogi ali krogle. Možno je izdelati natančnejše modele elektromagnetnih polj, če so potrebni za različne aplikacije.