0

Electromagnetismo computacional: conoce tus herramientas, mientras determinan nuestro futuro

«Из долгого взгляда на историю человечестваесли смотреть, digamos, через десять тысяч летнет никаких сомнений в том, что наиболее значимое событие XIX века будет оценено как открытие Максвеллом законов электродинамики». Эти слова, нобелевский лауреат по физике 1965 года Ричард Фейнман, воздал должное научной работе Джеймса Клерка Максвелла.
В своей работе 1865 года «Динамическая теория электромагнитного поля» Максвелл опубликовал ряд уравнений, демонстрирующих, что магнетизм, электричество и свет являются различными проявлениями одних и тех же фундаментальных законов. Одна только его научная работа, indudablemente, делает его одним из отцов современной физики.

Со времени их распространения новаторские и исключительные открытия Максвелла в области электромагнетизма проложили путь к неисчислимым изобретениям, таким как радио, телевидение, радар, связь и Интернет, и это лишь некоторые из них, которые навсегда изменили мир. Его интуиция и работа никогда не переставали возникать и формировать новые открытия, которые постоянно формируют каждый аспект нашей повседневной жизни.

Hoy, когда компьютеры стали более эффективными в обработке больших данных и обработке сложного алгоритма, вычислительная электромагнетизм (CEM) играет жизненно важную роль в разработке и реализации численных методов и методов для моделирования задач в электромагнетизме. por otra parte, потребность в улучшенной точности, скорости и эффективности сохраняет эту область исследований постоянно обновляющейся.

sin embargo, несмотря на технологические достижения в этой области, выбор правильного инструмента в CEM все еще остается «искусством»; Существует разрыв между знаниями и ноу-хау нынешних практиков о различных инструментах и ​​новейшими разработками. Realmente, существует всего несколько основных методов, доминирующих на «рынке» НИОКР. В основном это происходит по трем причинам: простота использования, доступность различных функций моделирования и отсутствие знаний или неправильных представлений о возможностях других инструментов. В то время как первые две являются «приемлемыми» причинами выбора одного инструмента над другим, последние рассуждения неоправданны и отражают неправильное суждение со стороны практикующих специалистов, главным образом из-за недостатка знаний и подготовки о последних событиях.

por lo tanto, в попытке направить заинтересованных прикладных физиков и инженеров в увлекательный и только явно загадочный мир CEM, перспективная статья «Используете ли вы правильные инструменты в вычислительной электромагнетике?» Направлена ​​на выяснение некоторых заблуждений, обсуждение ограничений и возможностей некоторые из популярных инструментов моделирования электромагнетизма, и предоставьте несколько практических советов, чтобы пользователь мог принимать обоснованные решения при выборе подходящих инструментов для своих приложений.

Изучение последних тенденций и разработок в CEM помогает во многих отношениях. por ejemplo, передовые инструменты CEM помогают инженерам-проектировщикам ускорить процесс проектирования, что приводит к созданию успешных прототипов, снижению затрат на пробные версии и ошибки, повышению эффективности, точной настройке производительности и т. D.

Моделированиеэто мост между теорией и экспериментом. Выбор подходящего инструмента CEM для конкретного приложения требует соответствующей подготовки. Некоторые явления лучше объяснить, глядя на то, как они развивались в течение определенного периода времени (также известный как моделирование во временной области), как и в случае распространения электромагнитных волн от рупорной антенны Рис. (B.).

Электромагнитные инструменты: (y) многомасштабное моделирование для точного сбора различных компонентов особенности устройства, (b) электромагнитных волны моделирования распространения внутри гофрированной рупорной антенны, y (con) распространением импульса, как видно через пространства-время и пространство частотные окна для анализа во временной и частотной областях, en consecuencia.

Иногда интереснее видеть, насколько явление связано с определенной частотой или диапазоном частот (моделирование в частотной области). Эти две методики моделирования имеют свои уникальные сильные и слабые стороны. Нужно научиться понимать и исследовать взаимосвязи между этими двумя типами моделирования, поскольку они помогают раскрыть различные аспекты базовой физики, если смотреть с разных точек зрения (cm., un ejemplo, arroz. (C))

Современные приложения и устройства становятся все более сложными по своим рабочим механизмам, составу материалов и условиям эксплуатации. Чтобы иметь возможность разрабатывать более компактные, надежные, эффективные и экономически эффективные продукты и приложения, необходимо понимать взаимодействие между различными физическими явлениями (мультифизикой), работающими в разных масштабах (многомасштабными) одновременно в рамках одной и той же модели.

В качестве примера для многомасштабных явлений рассмотрим конструкцию искусственных (мета) материалов с уникальными свойствами, которые могут изгибать падающую электромагнитную волну. Такие материалы могут быть использованы для сокрытия объектовизвестных как маскировкаот падающих электромагнитных волн. Чтобы спроектировать эти метаматериалы, нам необходимо пространственно изменить показатель преломления внутри материала, чтобы изменить пути распространения света. В таких приложениях мы изучаем макроскопический контроль физических явлений за счет микроскопических взаимодействий.

Инструменты CEM, используемые для моделирования таких проблем, должны быть способны работать в разных пространственных масштабах. por otra parte, многомасштабные проекты должны быть способны моделировать компоненты с размерами элементов, меняющимися на несколько порядков. por ejemplo, в задачах моделирования высокочастотной (микроволновой или оптической) antenas, como se muestra en la foto. (la), у нас есть определенные части модели с размерами сот, en 100 раз меньшими, чем в других частях. Выбор размеров ячейки зависит от базовой физики или физических явлений, которые мы пытаемся охватить при моделировании CEM. Чтобы точно, эффективно использовать ресурсы (время и память) и элегантно моделировать такие приложения, нам нужны инструменты CEM с возможностями многомасштабного моделирования.

Мультифизические возможности, por otro lado, имеют дело с различными базовыми физическими явлениями, действующими одновременно внутри приложения или устройства. por ejemplo, при разработке некоторых оптоэлектронных полупроводниковых приборов мы имеем дело с моделями связанных тепловых электрических сетей и уравнениями переноса энергии. Несколько биомедицинских приложений включают в себя совместное взаимодействие термодинамических, термоэлектрических и электромагнитных явлений.

Недавние прорывы в области материаловедения и инженерии, (нано) технологий изготовления и 3D-печати быстро вносят вклад в передовые приложения, которые требуют одинаково продвинутых инструментов CEM для быстрого и надежного моделирования и виртуального прототипирования.

События в CEM всегда будут в стадии разработки. Благодаря различным инструментам мы вступаем в новые рубежи исследований, которые открывают новые задачи и возможности каждый день. Одно можно сказать наверняка: мы всегда будем удивлены тому, как наука, которую мы знаем сегодня и узнаем завтра, всегда будет элегантно соответствовать очаровательным уравнениям Максвелла.

Оригинал

Deja una respuesta

su dirección de correo electrónico no será publicada.