Elektřina a magnetismus

Vztahy:

Podmínkou zápisu na předmět B4B17EAM je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM

Garant předmětu:

Zbyněk Škvor

Přednášející:

Pavel Hazdra, Zbyněk Škvor

Cvičící:

Pavel Hazdra, Jan Kraček, Zbyněk Škvor

Předmět zajišťuje:

katedra elektromagnetického pole

Anotace:

Předmět seznamuje se základy elektrotechniky, elektromagnetického pole a jednoduchých aktivních/pasivních elektronických obvodů. Nahlédneme i do oblasti optiky, akustiky a antén. Důraz je kladen na fyzikální pochopení podstaty jevů. Při výuce nejen píšeme na tabuli, ale ukazujeme i počítačové simulace a provádíme drobné experimenty.

Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/A4B17EAM

Požadavky:

http://elmag.org

Osnova přednášek:

Přednášky a cvičení se nerozlišují. Výpočet příkladů, teorie, simulace a praktické ukázky na sebe volně navazují.

Tematické osnovy jednotlivých týdnů

1.Matematické základy: skalární a vektorová pole, diferenciální operátory, křivkové a plošné integrály a jejich využití. Maxwellovy rovnice, veličiny pole, elektrostatika - pojem náboj a jeho hustota, Coulombův zákon.

2.Superpozice elementárních nábojů, elektrické pole od jednoduchých nábojových rozložení, potenciál a napětí. Elektrické pole v dielektrikách - permitivita.

3.Řešení elektrostatických polí pomocí Gaussovy věty, výpočet kapacity, (super)kapacitory, elektrická pevnost dielektrika.

4.Metoda zrcadlení v elstat. poli, energie a síly. Elektrický proud, proudová hustota, měrná vodivost, odpor vodiče, Ohmův zákon, rezistor, výkon ztracený na teplo.

5.Přechodové a krokové napětí, svod koaxiálního kabelu. Stacionární magnetické pole, Ampérův zákon celkového proudu, magnetické pole v koaxiálním kabelu, superpozice magnetického pole proudových vláken.

6.Biot-Savartův zákon, mag. pole na ose tenkého závitu a od cívky, princip magnetické rezonance, vnitřní a vnější indukčnost, induktory, síly v magnetickém poli.

7.Magnetické pole v látkách - permeabilita, permanentní magnety, magnetické obvody, transformátory. Faradayův indukční zákon, indukované napětí, vířivé proudy.

8.Stejnosměrné elektrické obvody, Kirchhoffovy zákony, zdroj napětí a proudu, vnitřní odpor zdroje, superpozice, přenos výkonu v DC obvodech.

9.Střídavé obvody, reaktance L,C, časová a fázorová reprezentace, střední a efektivní hodnota, činný a jalový výkon v AC obvodech. Decibely, RLC rezonanční obvody, činitel jakosti.

10.Analogové a digitální modulace (AM, FM, SSB, PSK, PWM, FSK, QAM). Fourierova transformace, spektra vybraných signálů a modulací.

11.Základní elektrotechnické součástky: dioda (zenerova, LED, LD, Shottky), VA charakteristika, BJT a FET tranzistor, princip a základní parametry, operační zesilovač, jednoduché logické obvody.

12.Ukázky vybraných typických zapojení - filtry (horní/dolní/pásmová propust), zesilovače ve třídě A,B,C, spínaný zdroj…

13.Elektromagnetická vlna, stojaté a postupné vlnění, polarizace vlnění, poměr stojatých vln. Základní parametry a ukázky antén - impedance, směrový diagram, zisk, typy antén. Antény pro různá kmitočtová pásma, občanské radiostanice, PMR, radioamatérské vysílání. Výkonová bilance (Friisova přenosová rovnice), plánování spoje.

14.Účinky elektromagnetického pole na člověka, rušivé vyzařování, elmag. kompatibilita, nositelná elektronika…

Osnova cvičení:

Cíle studia:

Získání základních znalostí a představy o fyzikální podstatě elektroniky a elektrotechniky. Orientace v parametrech základních součástek a schematech.

Studijní materiály:

[1] Hayt, Jr., W. H., Buck, J. A.: Engineering Electromagnetics, 8th ed., McGraw-Hill, New York, 2012.

[2] Notaros, B. M.: Electromagnetics, Prentice Hall, New Jersey, 2011.

[3] Novotný, K.: Teorie elmag. pole I., Skriptum, Nakladatelství ČVUT, Praha, 1998.

[4] Collin, R. E.: Field Theory of Guided Waves, 2nd ed., IEEE Press, New York, 1991.

[5] Coufalová, B., Havlíček, V., Mikulec, M., Novotný, K.: Teorie elmag. pole I. Příklady, Skriptum, Nakladatelství ČVUT Praha, 1999.

[6] Sadiku, M. N. O.: Elements of Electromagnetics, Saunders College Publishing, London, 1994.

[7] Havlíček, V., Pokorný, M., Zemánek, I.: Elektrické obvody 1, Nakladatelství ČVUT, Praha, 2005.

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

Poznámka:

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

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost T2:C2-86 Hazdra P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Cvičebna
Út	místnost T2:C4-363 Hazdra P. 11:00–12:30 (přednášková par. 1) Dejvice Cvicebna
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Otevřená informatika - Internet věcí 2016 (povinný předmět oboru)
• Otevřená informatika - Internet věcí 2018 (povinný předmět zaměření)