Análise de cabos coaxiais cilíndricos usando a técnica dos elementos finitos

Abstract

A nova geração de simuladores de campos eletromagnéticos pode ser usada no ensino de eletromagnetismo sem que o usuário conheça com profundidade a metodologia usada no desenvolvimento desses programas computacionais. A teoria da linha coaxial cilíndricaé usada para ilustrar a aplicação desses programas como ferramenta de ensino. A solução analítica do problemaé usada para avaliar a precisão numérica dos resultados obtidos utilizando diferentes subdivisões das malhas de elementos finitos. A relação entre minimalidade energética e distribuição de potenciais elétricosé usada para explicar como diferentes discretizações do modelo afetam o cálculo das grandezas eletromagnéticas. A definição de um problema exterior para modelar a estrutura coaxial permite a análise dos campos dispersos nas extremidades e aumenta a precisão do cálculo da capacitância. Palavras-chave: axissimetria, campos elétricos, método dos elementos finitos, método variacional.The new generation of electromagnetic field simulators can be used for teaching electromagnetism with no user's deep knowledge about the methodology used to develop these computer programs. The theory of the cylindrical coaxial line is used to illustrate the application of these programs as teaching tools. The analytical solution of the problem is used to assess the accuracy of the numerical results produced by different subdivisions of the finite element meshes. The relationship between energy minimality and distribution of electric potentials is used to explain how different discretizations of the model affect the computation of the electromagnetic variables. The definition of an exterior problem to model the coaxial structure allows the analysis of leakage fields at the end-zone and improves the accuracy of capacitance calculation.

Sinos: Física e música fundidas em bronze

“…A abordagem utilizada para a modelagem dos sinosé a do Método dos Elementos Finitos, onde a estrutura complexa do sinoé constituída de um número finito de elementos com formas simples. Usando a teoria das interpolações constrói-se uma formulação numérica, onde os elementos devem satisfazer algum critério de otimização de forma a produzir uma solução numérica [67].…”

An axisymmetric version of the Kelvin transformation for the analysis of open-boundary electric and magnetic fields

“…Para tal, deve-se estabelecer uma fronteira exterior, também fechada, e situada a uma distância finita do dispositivo em estudo. Essa fronteira exterior permite simular um problema que, de fato, possui uma distribuição de potenciais e campos em um domínio aberto [2].…”