Utilisant des calculs approximatifs des équations de Maxwell et de la loi de Faraday, les simulations électromagnétiques sont des modèles de l’électromagnétisme et de leurs effets sur l’environnement et les structures physiques qui les entourent. Une simulation électromagnétique peut être utilisée pour orienter une antenne satellite dans la bonne direction pour un maximum de canaux et de clarté et juger de ses performances ou pour déterminer la propagation des ondes lorsqu’elle n’est pas dans l’espace libre. Ces simulations peuvent aider à concevoir efficacement des puces informatiques et indiquer comment améliorer les performances des principaux composants électroniques en localisant les incompatibilités des composants qu’elles contiennent. Le rayonnement électromagnétique capté et diffusé puis absorbé par de petites particules est utilisé dans des simulations pour des projets scientifiques dans les laboratoires de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) pour leurs projets d’accélérateurs de particules. Les programmes de simulation électromagnétique sont également utilisés comme outils dans les laboratoires de physique des collèges pour enseigner plus efficacement, car les étudiants acquièrent une expérience pratique de la résolution de problèmes en les utilisant.
Résoudre les équations de Maxwell en chaque point d’une grille orthogonale ou non orthogonale est l’un des moyens d’utiliser des grilles pour discrétiser l’espace en créant un relevé topologique de l’espace. La résolution de ces équations dans une simulation électromagnétique révèle souvent des problèmes de mémoire et de puissance de l’ordinateur, car elles ne peuvent généralement être effectuées que sur des superordinateurs en échelonnant le temps pour chaque instant dans un domaine entier, en résolvant les équations de Maxwell au fur et à mesure ou en fractionnant en utilisant itérations temporelles et transformées de Fourier rapides. En mécanique des fluides, la méthode des limites ou méthode des moments (MoM) peut être appliquée pour résoudre des problèmes d’ingénierie, d’acoustique et d’électromagnétisme. Cela concentre les calculs uniquement sur les zones de bordure d’un espace plutôt que sur les valeurs de volume à chaque pas de temps de l’espace entier.
Un four à micro-ondes de cuisine est analogue à ce qu’on appelle une cage de Faraday, qui illustre comment un modèle de simulation électromagnétique pourrait être utile dans la protection électromagnétique. Les courants électriques peuvent être bloqués par des parois métalliques ou d’autres dispositifs de protection, tandis que les courants magnétiques peuvent simplement être déplacés autour de l’obstruction. Dans la cage de Faraday, lorsque les parois de la cage sont mises à la terre, le trajet d’un courant électrique est perturbé par des électrons agissant comme porteurs de charge électrique dans un réseau maillé et compensent le champ ; cela provoque la dissipation du courant électrique. Tout comme le grillage à l’avant d’une porte à micro-ondes empêche les micro-ondes de s’échapper de l’appareil car les micro-ondes sont plus grandes que les minuscules trous du maillage, une simulation de maillage électromagnétique peut concevoir un bon blindage de protection contre les courants électriques.
Une méthode de simulation électromagnétique qui résout les équations de Maxwell en parcourant un champ électrique pendant un instant, puis en parcourant un champ magnétique pendant l’instant suivant et en alternant encore et encore est connue sous le nom de méthode du domaine temporel aux différences finies (FDTD) pour produire des simulations. L’interaction des ondes électromagnétiques avec les problèmes d’ingénierie des structures matérielles a été résolue par cette méthode plus que toute autre aux États-Unis depuis environ 1990. Elle est utilisée pour résoudre les technologies de signature radar, les technologies sans fil et l’imagerie biomédicale, pour n’en nommer que quelques-unes de ses utilisations applicables. .
La modélisation des ondes pour la simulation électromagnétique et l’analyse des circuits peut être effectuée à l’aide de la méthode de modélisation tridimensionnelle (3-D) de circuit équivalent à élément partiel (PEEC). Les équations intégrales sont interprétées comme la loi de tension de Kirchhoff et, à l’aide de PEEC, sont appliquées à une cellule PEEC qui donne la solution des géométries 3D d’un circuit complet, permettant à des circuits supplémentaires d’être superposés sur la conception à courant continu. L’utilisation de tels modèles dans la simulation électromagnétique permet d’économiser du temps et de l’argent dans la fabrication de circuits intégrés.
Les départements de physique des collèges commencent à utiliser des jeux vidéo conçus pour donner des cours aux étudiants via la simulation électromagnétique pour représenter visuellement aux étudiants les phénomènes de représentations physiques. Cela peut aider les élèves à mieux comprendre les concepts et à offrir à leur cerveau des expériences qui leur révèlent les faiblesses de leur propre compréhension et les mesures à prendre pour les renforcer. Tant les étudiants que les instructeurs ont découvert qu’un apprentissage plus rapide et plus approfondi peut être facilité en utilisant des exemples concrets de résolution de concepts physiques au moyen d’un logiciel de simulation électromagnétique.