Elektrinių laukų modeliavimas

Tobulėjant šiuolaikinei kompiuteriniai technikai vis daugiau ir greitesnių skaičiavimų gali atlikti kompiuteris. Nebereikia metų metus skaičiuoti, o dar įsiterpia ir žmogiškasis faktorius, nes žmogus gali suklysti. Kompiuteris matematinius veiksmus atlieka daug greičiau nei žmogus, todėl modeliavimo ir skaičiavimo mechanizmas žymiai supaprastėjo.
Šiuolaikinės laukų modelį;įavimo programos sugeba labai tiksliai suskaičiuoti ir sumodeliuoti įvairių sudėtingų detalių bei prietaisų kuriamus laukus. Yra daug programų, kurios kartu be kitų uždavinių sugeba išspręsti ir elektromagnetizmo uždavinius. Verta paminėti profesionalias programas ANSYS, Solid Works. Jos naudoja pakankamai daug kompiuterinių resursų ir yra labai didelės. Kuriamus modelius galima importuoti iš taikomųjų braižybos programų (pvz. AutoCAD) arba nusibraižyti pačiam. Programos gerai veikia trimatėje erdvėje. Šie programų paketai leidžia atlikti sudėtingus elektromagnetinius, elektrinio ir magnetinio laukų, šiluminių laukų modeliavimus. Programinis modelio analizavimas žymiai pagreitino gamybos procesą. Nebereikia pirma pagaminti prietaisą, paskui matuoti jo charakteristikas ir jei jis neatitinka, keisti konstrukciją. Dabar visa tai galima atlikti ir kompiuteriu. Gaminys ne gaminamas, o apytiksliai atkuriamas jo erdvinis vaizdas kompiuteryje. Tadataikant vieną iš daugelio metodų, galima suskaičiuoti reikalingus parametrus ir gaminį perprojektuoti dar nepaleidus gamybos. Būtent šie dalykai leido įsitvirtinti kompiuteriniam laukų modeliavimui.
Paprastam vartotojui išmokti dirbti minėtomis profesionaliomis programomis yra palyginti sunku, tam reikia sugaišti nemažai laiko aiškinantis programų veikim. Eiliniam vartotojui nereikalingas ypatingas tikslumas ir modelio sudėtingumas, todėl dažnai naudojamos panašios tačiau kiek paprastesnės programos: QuickField, FlexPDE, PDEasy...
FlexPDE programa turi vienintelį pliusą – galime matyti diflygtis, tačiau kartais aprašinėti modelį matematiškai yra labai sudėtinga. Žymiai paprasčiau jį perbraižyti ir modeliuoti su QuickField. Būtent dėl šių priežasčių aš savo kursiniame darbe naudosiu QuickField programą. Ji yra patogi, nereikia papildomo studijavimo, nes programa naudotis išmokome laboratorinių darbų metu. QuickField programa leidžia išskirti modeliavimo erdvę, sukurti brėžinį, suskaičiuoti lauko stiprio, potencialo vektorius, stebėti, kuriose vietose laukas koncentruojamas kur ne.
Elektrinis laukas labai dažnai naudojamas mūsų buityje. Beveik kiekvienas prietaisas savyje turi kondensatorių. Tarp jo plokštelių susidaro elektrinis laukas. Kineskopuose (analoginiuose oscilografuose) elektriniu lauku nukreipiamas ar fokusuojamas elektronų pluoštelis. Du vienas šalia kito esantys įkrauti laidininkai, kuria elektrinį lauką. Elektrinis laukas yra labai svarbus mūsų gyvenime ir plačiai panaudojamas. Štai todėl reikia vis tikslesnių modeliavimo būdų.
Kursiniame darbe naudosiu programą QuickField. Ji yra pakankamai paprasta, tačiau gali gana tiksliai suskaičiuoti lauko reikšmes. Naudojausi nemokama studentiška versija. Ši versija atlieka visas pagrindines funkcijas, tačiau limituojamas tinklelio žingsnio mažinimas. Tinklelio žingsnį neleidžiama paimti tokį, kad uždavinio erdvė būtų padalinta į daugiau nei 255 taškų. Programa laukus skaičiuoja panaudodama baigtinių elementų metodą, todėl modeliavimas ir skaičiavimai neužtrunka labai ilgai.