Numerické modelování elektromagnetických polí se s rozvojem výpočetní techniky a neustále rostoucí výkonností počítačů stalo spolu s optimalizačními technikami nepostradatelnou složkou návrhu konstrukcí nových elektrotechnických a elektronickýchzařízení i zařízení z ostatních oblastí technické praxe. Numerické modelování je také bezesporu nedílnou součástí komplexních analýz chování časoprostorových polí, které jsou důležité pro posouzení nových požadavků na kvalitu zařízení jako je elektromagnetická kompatibilita. Složité problémy řešené v současné technické praxi nelze zvládnout ve většině případů jinými prostředky než pomocí vhodných numerických metod za použití výkonných počítačů.
1a), mluvíme vnější úloze. úloze
Neumannově jednoznačně určen potenciál jen tehdy, jestliže části hranice určen i
potenciál.
Okrajovou podmínkou zde hranici S1, S2, S4. úloha. 3. 3. Tento požadavek ekvivalentní podmínce spojitosti tečné složky vektoru E. elektrodě bude mít potenciál předepsanou hodnotu φe. Jako
příklad Obr. intenzity hranici úloha nazývá Neumannova.
Formulace elektrostatické úlohy diferenciální rovnicí
Jako příklad elektrostatického problému uvažujme úlohu podle Obr. 3.1b) symetrický koaxiální kabel, jehož pole třeba nalézt.
Úlohy mohou významně zjednodušit, vykazují-li geometrickou symetrii.1a).Modelování elektromagnetických polí 23
indukce Dn2 Dn1 nebo siločáře ∂φ/∂n= Potenciál rozhraní
dielektrik bude vždy spojitý. rozhraní dvou dielektrik mezi oblastmi Ω1, potenciál mění spojitě, tj.1c). potenciální pole dvouvodičového vedení rovinná, tj.
Symetrickou úlohu lze někdy zjednodušit využitím platných okrajových podmínek. Toto třídění zavádí
v matematické fyzice, není však dostačující pro inženýrské výpočty. Zkráceně budeme značit úlohy
1D, 3D.1b), mluvíme vnitřní úloze; počítáme-li pole neomezené oblasti, jak
je tomu Obr.
• třeba nalézt takové rozložení hustoty volného vázaného náboje elektrodách na
rozhraní mezi dielektriky σ’, které zajistí výše uvedené okrajové podmínky. Např. intenzita
tečná ploše, proto zde /∂n Tento postup zřejmě opačný použití principu
zrcadlení, kde plocha předepsanou hodnotou odstraněna zavedením zrcadlového
obrazu. Např. Toto třídění důležité zejména
v numerických úlohách, nichž některé jsou vhodné pro řešení vnitřních vnějších úloh, jiné
pouze řešení úloh vnitřních. Rozměr
úlohy lze ovlivnit vhodnou volbou souřadnic. známé hraniční siločáře gradφ /∂n 0.
Vzhledem symetrii problému postačí počítat pole jednom kvadrantu podle Obr. Podle počtu
souřadnic rozeznáváme úlohy jedno-, dvou- trojrozměrné.
3.
První postup vede řešení parciálních diferenciálních rovnic, druhý integrální rovnice. Problém
se převede problém vakua pole uvnitř oblasti vypočte Coulombova zákona. Skutečné okrajové
podmínky mohou být obecně složitější, neboť mohou zahrnovat kombinace potenciálu,
normálové derivace potenciálu, ale jejich integrály, jak uvidíme dále. pole bodového náboje nebo vodivé
nabité koule úloha sférických souřadnicích, ale kartézských. 3.
4.
φ1 φ2
5. Vystupují-li obě podmínky, mluvíme smíšené úloze.
Vnitřní vnější úloha
Při výpočtu pole uvnitř oblasti, jejíž hranici jsou zadané okrajové podmínky, např. 3. Tak tomu
v případě rovinné nebo rotační symetrie, kdy sníží počet proměnných.
v úloze podle Obr.
. Když
vyloučíme bodové náboje, musí hledaná potenciálová funkce splňovat podmínky, které na
základě dosavadních poznatků můžeme formulovat takto:
1. vnitřních bodech obecně nehomogenní oblasti splňuje potenciálová funkce Poissonovu
nebo Laplaceovu rovnici
div gradε −
2.
Poznamenejme ještě, pokud úloze zadán pouze potenciál hranice, nazývá úloha
Dirichletova, při zadání /∂n tj
