Desenvolvimento de um ambiente virtual de aprendizagem de eletromagnetismo aplicado
Autor: Rafael Luchi Luz(rafaelluchiluz@gmail.com)
Orientador: Diego Pereira Botelho
Co-Orientador:Wagner Muniz
Resumo
Desenvolvimento de um ambiente virtual de aprendizagem de eletromagnetismo aplicado. O objetivo é o desenvolvimento de um software em que os alunos de disciplinas de eletromagnetismo aplicado a telecomunicações possam encontrar os principais conceitos da área ilustrados através de gráficos/animações interativos. Entre os conceitos abordados estariam efeitos das propriedades do meio na propagação da onda, refração/reflexão, ondas estacionárias, fenômenos de propagação na atmosfera terrestre, difração, balanço de potência em enlaces de rádio, etc. O ambiente seria desenvolvido em Matlab, aplicando o método numérico das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) para a resolução das equações físicas em questão.
Pré-requisitos desejados: programação em matlab, cálculo vetorial, eletromagnetismo, radiopropagação.
O trabalho segue a mesma do linha TCC do aluno Zilmar, que criou uma ferramenta didática para o aprendizado de Sinais e Sistemas (AVASS). Informações sobre o AVASS nos links a seguir:
Resumo Estendido
Disciplinas da área de eletromagnetismo costumam representar uma dificuldade para grande parte dos alunos, devido a natureza abstrata desses fenômenos físicos. Muitas vezes são apresentadas as equações que modelam os fenômenos eletromagnéticos, mas a dificuldade de visualização de diversos aspectos relacionados a esses conceitos dificulta a compreensão.
Com objetivo de facilitar a aprendizagem dos conceitos envolvidos nos fenômenos eletromagnéticos e também cobrir a necessidade da realização de experimentos práticos – que nem sempre são acessíveis –, surgiu a ideia de elaborar um ambiente virtual para o auxílio ao ensino/aprendizado em eletromagnetismo. Nesse ambiente, o usuário poderá simular e visualizar efeitos das propriedades do meio na propagação da onda, fenômenos de refração, reflexão e difração, ondas estacionárias, fenômenos de propagação na atmosfera terrestre, etc. O ambiente oferecerá também ferramentas para projetos de enlaces de rádio, auxiliando o usuário no cálculo de balanço de potência, por exemplo.
O ambiente será desenvolvido em Matlab e seu núcleo consistirá em um processador numérico baseado nas diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD). O método FDTD é utilizado para a resolução numérica de equações diferenciais. Neste caso particular, as equações diferenciais nas quais o método será aplicado serão obtidas a partir de manipulação das equações de Maxwell. As equações de Maxwell modelam os fenômenos físicos que envolvem campos elétricos e campos magnéticos.
Cronograma
| 1ª Semana | 2ª Semana | 3ª Semana | 4ª Semana | |
|---|---|---|---|---|
| Maio | Estudos de conceitos de cálculo. | Estudos de conceitos de cálculo | Estudos de conceitos de eletromagnetismo. | Estudos de conceitos de eletromagnetismo |
| Junho | Estudos do método FDTD /Redação da monografia TCC1. | Estudos do método FDTD /Redação da monografia TCC1. | Implementação em MATLAB/ Redação da monografia TCC1. | Implementação em MATLAB/Redação da monografia TCC1. |
| Julho | Entrega do Documento de Avaliação Final. | Seminário de Avaliação Final. |
Bibliografia
- BALANIS, Constantine A. Advanced engineering electromagnetics. EUA:Wiley, 1989.
- TAFLOVE, Allen. Computational Electrodynamics. Boston-London: Artech House 1995
- BASTOS, J. P. A. Eletromagnetismo para engenharia: Estática e quase-estática. 2. ed. Florianópolis : Editora da UFSC, 2008.
- SADIKU, Matthew N.O. Elementos de Eletromagnetismo. Bookman,2004