449-0012/01 – Teorie elektromagnetického pole (TEPO)
| Garantující katedra | Kat.teoretické elektrotechniky | Kredity | 8 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 2 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 1992/1993 | Rok zrušení | 2007/2008 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Seznámit studenty se základními pojmy eletromagnetismu a s výpočty elektromagnetických polí jak analytickými, tak numerickými metodami.
Vyučovací metody
Anotace
Základní vlastnosti elektrického pole a vliv různých prostředí na pole. Řešení
statických, stacionárních a kvazistacionárních polí. Výkonové rovnice -
Poyntingův vektor v komplexním tvaru. Analytické a numerické metody řešení
elektromagnetických polí. Tvarová optimalizace. Sdružené problémy.
Elektrodynamika, vedení vln.
Povinná literatura:
Dědek, L.: Teorie elektromag. pole, skripta VUT Brno, 1990
Ivánek, L.: Základy elektroinženýrství II - laboratorní cvičení a výpočtová cvičení, skripta VŠB Ostrava, 1990.
Szekely, J.: Teoretická elektrotechnika II, skripta VŠD Žilina.
Ivánek, L.: Teorie elmag. pole - cvičení na počítačové učebně, sylaby skript VŠB Ostrava.
Ivánek, L.: Teorie elmag. pole - cvičení s počítačovou podporou, skripta VŠB Ostrava, 1994.
Doporučená literatura:
Ivánek,L.: Teorie elektromagnetického pole, sylaby přednášek
Interaktivní programy: STAPOL,BS, BS EXCEL, VEKPOT
Výpočtové programy: MEP, STIVE LIEB
Další studijní materiály
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Test na problematiku statických úloh.
Test na stacionární a kvazistacionární problémy.
Podmínky udělení zápočtu:
Odevzdání protokolů z laboratorních měření.
Odevzdání vyřešených úloh z počítačových cvičení
Dosažení minimálně 5 bodů za jakoukoliv aktivitu ze cvičení.
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Fyzikální představy elmag. pole. Jednota el. a mag. sil. Zdroje a víry vektorového pole. Maxwellovy rovnice v integrálním a difer. tvaru. Rozdělení klasické elektrodynamiky. Totální potenciály. Redukované potenciály. Obecné tvary dif. rovnic pro potenciály stacionárních polí.
Elektrostatické pole ve vakuu. Potenciál elstat. pole. Řešení pole Gaussovou větou. Pole nabitých vodivých těles pravidelných tvarů. Thomsonova metoda zrcadlení. Kapacita.
Potenciálové koeficienty, koef. elstat. indukce, vlastní a vzájemné částečné kapacity. Vliv prostředí na el. pole. Polarizace dielektrika. Podmínky na rozhraní dvou prostř. Řešení jednorozměrných polí. Separace proměnných.
Energie a síly v elstat. poli. Thomsonův princip min. energií. Modelování statických polí. Grafická relaxace. okraj. podmínky.
Numerické relaxační metody, metoda konečných diferencí. Metoda konečných prvků. Metoda hraničních prvků.
Pole ustálených proudů. Supravodivost. Proud v prostorově rozlehlém vodiči.
Jevy na rozhraních. Analogie pole proudového a elstat. Metody výpočtu proudových polí. Práce a výkon v proudovém poli.
Vektor mag. indukce. Biot-Savartův zákon. Zákon celkového proudu. Vektorový potenciál. Výpočet polí. Práce a výkon v proudovém poli.
Elementární metody výpočtu mag. polí. Separace proměnných. Numerické metody výpočtu mag. polí.
Faradayův indukční zákon. Indukované napětí a indukčnost. Energie a síly v magnetickém poli.
Maxwellovy rovnice v nestacionárních polích. Rovnice výkonové rovnováhy a Poyntingův vektor. harmonický ustálený stav. Komplexní poyntingův vektor.
Vlnové rovnice. Rovinná vlna v bezztrátovém prostředí. Elipticky a kruhově polarizovaná vlna. Stojatá vlna. Rovinná vlna ve ztrátovém prostředí.
Dynamické potenciály. Kmitavý el. dipól, dipólová anténa. Kmitavý magnet. dipól. Odraz a lom elmag. vln. Rozhraní dvou dielektrik. průnik vln z bezztrátového do ztrátového prostředí.
Povrchový jev a jev blízkosti.
Vlny vedené mezi dvěma rovnoběžnými rovinami. Vlnovody. Koaxiální a jednodrátové vedení.
Cvičení:
Přímý výpočet polí.
Metoda zrcadlení. Kapacita.
Formulace elstat. úlohy integrálními rovnicemi. konformní zobrazení.
Výpočty výkonů a energií.
Výpočty indukčností a kapacit.
Laboratoře:
Modelování polí na odporové síti a polovodivém papíru.
Kmitočtová závislost impedance reálné cívky.
Měření závislosti indukovaného napětí na vzdálenosti od rotujícího permanentního magnetu.
Vyšetření vlivu stínění uvnitř válcové cívky.
Kmitočtová závislost impedance cívky pro různé materiály jádra.
Měření vlivu vířivých proudů v přípojnici, ponořené v drážce ze železných plechů.
Měření impedance kabelů a různých typů vedení.
Lecherovo vedení.
Počítačové laboratoře:
Numerické relaxační metody, metoda konečných diferencí. Metoda konečných prvků. Metoda hraničních prvků.
Řešení Laplaceovy rovnice programy LAP,LP.
Měření čidla rychlosti pohybujícího se vodivého předmětu.
Liebmannova relaxační metoda - program LIEB.
Metoda konečných diferencí - program STIVE.
Metoda konečných prvků - generace sítí.
Metoda konečných prvků - soubor programů MEP.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.