Vad är beräkningselektromagnetik?

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 vilken elektromagnetisk våg som helst, även om den oftast används i 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 användningen av kraftfulla datorer.

Forskare som arbetar med 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 objekt. Båda dessa uppsättningar av ekvationer tar hänsyn till de elektromagnetiska fält som emitteras av dessa andra objekt 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. Komplexiteten i matematiken kräver användning av datorer som kan utföra många olika beräkningar och extrapolera information från dem. Interaktionen mellan elektromagnetiska fält kan representeras matematiskt och visuellt så att beteendet hos dessa fält lätt kan ses och förstås.

Inom studiet av radio och mikrovågor finns det ett antal praktiska tillämpningar för beräkningselektromagnetik. En större förståelse för detta område har lett till framsteg inom kommunikation och till skapandet av antenner som kan sända och ta emot data mer tillförlitligt. Särskilt området för cellulär teknik har haft stor nytta av en mer ingående kunskap om detta område samt från den ökade datorkraften för att beräkna elektromagnetiska fältinteraktioner över ett större område.

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