449-0503/01 – Teorie elektromagnetického pole (TEPOBc)
| Garantující katedra | Kat.teoretické elektrotechniky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Lubomír Ivánek, CSc. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinný |
| Ročník | 1 | Semestr | letní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2000/2001 | Rok zrušení | 2004/2005 |
| Určeno pro fakulty | FEI | Určeno pro typy studia | bakalářské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Definovat základní elektrotechnické veličiny. Vysvětlit Maxwellovy rovnice a rovnice z nich vycházející. Objasnit vliv prostředí na elektromagnetické pole. Vypočíst parametry, vycházející z rozměrů a materiálových vlastností - R,L,C. objasnit základní vlnové procesy ve ztrátovém i bezeztrátovém prostředí.
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.: Elektromagnetismus.
Haňka, L.: Teorie elektromagnetického pole.
Doporučená literatura:
Ivánek,L.: Teorie elektromagnetického pole, sylaby přednášek pro bakaláře
Interaktivní počítačové programy STAPOL, BS, VEKPOT, BS EX,
Výpočtové programy MEP, STIVE, LIEB
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Průběžná kontrola studia:
Test z problematitiky statických polí.
Test z problematiky poli stacionárních a kvazostacionárních.
Podmínky udělení zápočtu:
Odevzdané protokoly z laboratorních měření a počítačových cvičení.
Dosažení alespoň 4 bodů z písemných testů numerických cvičení.
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Pojem elmag pole. Foton. Difer., integr. veličiny, ma-teriálové parametry. Homogenní, lineární, izotropní prostředí. Potenciály. El. náboj - vlastnosti. Intenzity, siločáry, indukce, mapa pole, toky, definice jednotek [E], [B].
Přímá metoda řešení polí; Gaussova věta.
Maxwellovy rovnice v diferenciálním a integrálním tvaru. Rozdělení klasické elektrodynamiky. Zákon celkového proudu, Biotův-Savartův zákon. Superpozice.
Jednota elmag. jevů. Laplaceova a Poissonova rovnice pro skalární potenciály,pro A,C,T. Elektromotorické napětí. Zákon o elmag. indukci. Lorentzova síla, Hallův jev, magnetorezistence.
Výpočty potenciálů. Přímá integrace.
El pole v dielektriku, pole bodového dipólu, polarizace dielektrika. Zdroje vektoru polarizace. Vodič ve vakuu a v elstat poli. Práce na počítačích s programy STAPOL, BS a VEKPOT.
Prostředí a vedení proudu, měrná el. vodivost. Závislost odporu na teplotě. Supravodivost. Polovodiče. Výpočty proudových polí v masivních vodičích.
Magnetické pole v magnetizovaném prostředí. Feromagnetické látky. Fero a antiferomagnetismus. Permeabilita. Prvotní křivka magnetizace. Hysterezní smyčka. Pole permanentního magnetu.
Práce na počítačích s programy pro animaci magnetických polí.
Hraniční podmínky na rozhraní dvou prostředí. Rozhraní dvou dielektrik, magnetik, dvou vodivých prostředí. Výpočty polních veličin v nehomogenních prostředích.
Kapacita. Vztahy mezi náboji a potenciály vodivých soustav. Praktické výpočty u jednoduchých tvarů elektrod. Vlastní a vzájemná indukčnost. Výpočty kapacit vodičů jednoduchých tvarů a vodičů nad zemí.
Energie, práce, výkon v el. a mag. polích. Hustoty energií. Energie ztracená v hysterezním cyklu. Tomsonův princip o minimu energií. Rovnice výkonové rovnováhy v neharmonických polích. Poyntingův vektor. Výpočty indukčností.
Síly v elektrickém a magnetickém poli. Výpočty energií v el. a mag. polích.
Thomsonova metoda zrcadlení v elektrickém, magnetickém a proudovém poli. Zobecněná metoda zrcadlení. Experimentální metody odhadu elmag polí. Metoda grafické relaxace. Síly v el. a mag. polích. Aplikace metody zrcadlení pro výpočty polí.
Numerické metody (obecný přehled), podrobněji relaxační metoda. Tvarová optimalizace. Sdružené úlohy. Demonstrace počítačových programů pro výpočty elmag polí numerickými metodami.
Obecné vlastnosti nestacionárního elmag pole. Harmonický tvar veličin pole a Maxwellových rovnic. Polarizace vln. Základní pojmy z teorie vln. Vlnové rovnice.Příklady pro výpočet základních parametrů šířených vln.
Rovinná lineárně polarizovaná vlna v bezeztrátovém prostředí. Postupná, zpětná, stojatá vlna. Rovinná vlna ve ztrátovém prostředí. Odraz a lom vln. Průnik vlny z bezeztrátového do ztrátového prostředí. Povrchový jev a jev
blízkosti. Výpočty z oblasti šíření vln a povrchového jevu.
Cvičení:
Příklady na přímý výpočet polí.
Řešení jednorozměrných polí. Separace proměnných.
Výpočet práce a výkonu.
Grafická relaxace.
Laboratoře:
Modelování polí na odporové síti a polovodivém papíru.
Kmitočtová závislost impedance reálné cívky.
Měření závislosti indukovaného napití na vzdálenosti od rotujícího permanentního magnetu.
Měření čidla rychlosti pohybujícího se vodivého předmitu.
Vyšetření vlivu stínění uvnitř válcové cívky.
Měření vlivu vířivých proudu v přípojnici, ponořené v drážce ze železných plechu.
Počítačové laboratoře:
Metoda konečných prvku.
Metoda hraničních prvků. Řešení Laplaceovy rovnice programy LAP,LP.
Liebmannova relaxační metoda - program LIEB.
Metoda konečných diferencí - program STIVE.
Metoda konečných prvku - 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.