Software: FEM - Tutorial - Elektrostatik - MP - Analyse

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Simulation und Auswertung

Die Simulation ergibt den obigen Verlauf des Spannungsfeldes. Mit Hilfe der "Definitionsgleichung" für die elektrische Kapazität C=Q/U ist es nun problemlos möglich, die Kapazität zwischen Leiterbahn und Massefläche zu berechnen:

• Die anliegende Spannung U kann man direkt aus den Ergebnissen des Spannungsfeldes ablesen.
• Die benutzte Ladungsmenge Q muss man zuvor aus Ladungsdichte und Volumen der Cu-Massefläche berechnen.
• Man muss beachten, dass nur eine Symmetriehälfte modelliert und simuliert wurde. Berechnet werden soll jedoch die Leitungskapazität [pF/m] der kompletten Cu-Leiterbahn.

Verifizierung und Validierung:

1. Kontrolle des Feldverlaufs in Hinblick auf unerwartete Unstetigkeiten insbesondere an den Grenzen zwischen den Material-Bereichen.
2. Vergleich der anhand der Simulation berechneten Leitungskapazität mit der analytischen Berechnung für den idealisierten Plattenkondensator C=ε₀·ε_r·A/d (A=Leiterbahn-Fläche / d=Abstand Leiterbahn zu Massefläche). Der simulierte Wert muss größer sein, da nicht nur das Feld zwischen den "Platten" berücksichtigt wird. Die Werte sollten jedoch in der gleichen Größenordnung liegen.
3. Vergleich der Simulationsergebnisse mit einem anderen FEM-Programm (im folgenden Abschnitt mit dem Programm FEMM).

Fragen für Teilnehmer der Lehrveranstaltung:

• Wie groß ist der simulierte Kapazitätsbelag [pF/m] des Leiters in Bezug zur Massefläche?
  
• Welche Kapazität wird mit der Dimensionierungsformel für den Plattenkondensator ermittelt?

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