Elektřina a magnetismus

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra elektromagnetického pole

Anotace:

Na základě fyzikální podstaty jevů získají studenti základní znalosti o chování látek v makroskopickém pojetí v elektrickém a magnetickém poli, seznámí se jak se statickými ´tak se stacionárními, harmonicky i obecně časově proměnnými - nestacionárními poli - elektromagnetickou vlnou ve volném prostoru i na vedení. Na tomto základě jim bude ukázán obecný a jednotící popis elektromagnetických jevů Maxwellovými rovnicemi. Z něj pak budou vyloženy speciální případy, které povedou k pochopení základních metod řešení elektromagnetických polí a vln s konkrétními výstupy např. do řešení elektrických obvodů. V rámci laboratorních cvičení budou seznámeni s moderními možnostmi numerického modelování polí a obvodových struktur tam, kde není možné získat přímé analytické řešení. Pochopení fyzikální podstaty jevů pomůže vytvořit základy pro pochopení struktur obvodových prvků, vedení, i pro navrhování a použití hardwarových struktur obvodů pracujících na velmi vysokých kmitočtech, včetně znalosti problematik parazitních jevů, jako jsou odrazy na vedení a nutnost přizpůsobování, rušivá elektromagnetická pole i odolnost komponent vůči němu.

Požadavky:

http://elmag.org

Osnova přednášek:

1.Elektrostatika, Gaussova věta, polarizace, potenciál, napětí, kapacita, energie, síly, superpozice

2.Stacionární proudové pole, Jouleův zákon, Ohmův zákon, rovnice kontinuity

3.Kirchhoffovy zákony, Théveninův, Nortonův teorém, analýza lineárních odporových obvodů

4.Stac. magnetické pole, Biot-Savartův zákon, Ampérův zákon, indukčnost, energie, síly

5.Kvazistacionární magnetické pole, magnetické obvody, Faradayův indukční zákon

6.Nestacionární elektromagnetické pole - vlna, frekvenční a časová oblast, spektrum

7.Maxwellovy rovnice jako základní postulát elektromagnetismu a jejich fyzikální obsah

8.Elektromagnetická vlna ve volném prostoru a na vedení, struktury a parametry vedení

9.Elektrický a magnetický povrchový jev

10.Obvody s rozprostřenými parametry, bezeztrátové a ztrátové vedení, odrazy, přizpůsobování

11.Lineární obvody s reaktančními - akumulačními prvky, rezonance, obvodové rovnice v časové oblasti

12.Přechodné jevy, analýza přechodných jevů v časové oblasti

13.Přechodné jevy prvního řádu. Přechodné jevy vyšších řádů

14.Rušivé elektromagnetické vyzařování a odolnost vůči němu

Osnova cvičení:

1.Elektrostatické jevy, pole v dielektriku, základní veličiny, výpočty int. pole, kapacity

2.Stacionární proudové pole, vodiče, mechanismus vedení proudu, výpočty ztrát

3.Kirchhoffovy zákony, řešení jednoduchých lin. obvodových struktur

4.Magnetické jevy, veličiny, materiály v mg. poli, výpočet indukčnosti, energie, síly

5.Magnetické obvody, Faradayův indukční zákon, vzájemná indukčnost, vazby

6.Elmag. vlna prostředník přenosu informace - frekvenční a časová oblast, spektrum

7.Maxwellovy rovnice, vysvětlení jednotlivých části v souvislosti s fyzikálním obsahem

8.Řešení vlnové rovnice ve volném prostoru a na ohraničených geometriích - vedení

9.Povrchové jevy - počítačové simulace elektrostatických a magnetických polí

10.Obvody s rozprostřenými parametry, přehled a výpočet základních struktur a parametrů, odrazy, přizpůsobování - simulace obecných nestacionárních polí

11.Řešení lineární obvodů s reaktančními - akumulačními prvky, časová oblast

12.Přechodné jevy, analýza přechodných jevů v časové oblasti

13.Přechodné jevy prvního řádu. Přechodné jevy vyšších řádů, simulace jevů

14.Elektromagnetické vyzařování a odolnost, výpočty nežádoucích vazeb a stínění

Cíle studia:

Získání základní znalosti o chování látek v makroskopickém pojetí v elektrickém a magnetickém poli.

Studijní materiály:

[1] Novotný, K.: Teorie elmag. pole I. Skriptum, ČVUT Praha, 1998^

[2] Collin, R.E.: Field Theory of Guided Waves. 2nd Edit., IEEE Press, New

York 1991^

[3] Coufalová, B., Havlíček, V., Mikulec, M., Novotný, K.: Teorie elmag.pole

I. Příklady, Skriptum ČVUT Praha, 1999^

[4] Sadiku, M.N.O.: Elements of Electromagnetics. Saunders College

Publishing. London, 1994^

[5] Havlíček, V., Pokorný, M., Zemánek, I.: Elektrické obvody 1,

Nakladatelství ČVUT, Praha 2005^

[6] Havlíček, V., Zemánek, I.: Elektrické obvody 2, Nakladatelství ČVUT, Praha 2008

Poznámka:

Rozsah výuky v kombinované formě studia: 14p+6c

Další informace:

https://cw.felk.cvut.cz/wiki/courses/a4b17eam/start

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: