Subject description - A8B17EMT

Summary of Study | Summary of Branches | All Subject Groups | All Subjects | List of Roles | Explanatory Notes               Instructions
A8B17EMT Electromagnetic Field Theory
Roles:PO Extent of teaching:4P+2S
Department:13117 Language of teaching:CS
Guarantors:  Completion:Z,ZK
Lecturers:  Credits:8
Tutors:  Semester:Z

Web page:

https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/a8b17emta

Anotation:

Students get acquainted with physics fundaments of the electromagnetic theory and with its mathematical description. Particularly, the course guides student through electrostatics, magnetostatics, introduces coupling between time varying fields and it is ends with an introduction to an electromagnetic wave. The knowledge gained in this course are needed for the subsequent course AE8B17ELD (Electrodynamics), for the course of circuit theory, theory of semiconductors and a number of specialized master courses.

Study targets:

Understand to physics fundaments of electromagnetics and get used to its mathematical description.

Course outlines:

1. První přednáška uvede studenta do klasické teorie elektromagnetického pole, zavede pojem elektrického náboje, jeho zachování a kvantizaci. Následně je zavedena elektrostatická aproximace, Coulombův zákon a princip superpozice.
2. Cílem druhé přednášky je zavést matematicky výhodnou formulaci Coulombova zákona skrze rotaci a divergenci intenzity elektrického pole. Přednáška se dotkne definice elektrického potenciálu.
3. Třetí přednáška rozvádí pojem elektrického potenciálu a diskutuje jeho vztah k práci konané nábojem. Je zaveden pojem elektrického napětí. Druhá část přednášky je věnována elektrostatické energii a jejímu vztahu ke Coulombově síle.
4. První část čtvrté přednášky je věnována tenzoru elektrického pnutí. V další části hodiny je zaveden pojem elektrického vodiče. Jsou diskutovány okrajové podmínky na vodiči.
5. Pátá hodina je věnována kapacitě.
6. Šestá hodina zavádí obecné metody zjišťování elektrického potenciálu. Je zavedena Poissonova a Laplaceova rovnice pro potenciál. Je diskutována jednoznačnost jejich řešení.
7. Sedmá hodina ukazuje některé analytické metody řešení Laplaceovy rovnice. Je ukázána metoda separace proměnných v kartézské a sférické souřadné soustavě.
8. Osmá přednáška je věnována řešení Poissonovy rovnice pomocí metody zrcadlení a dále jejímu numerickému řešení metodou konečných diferencí. Je zavedena integrální rovnice pro elektrický potenciál a její řešení skrze metodu momentů.
9. Devátá přednáška je věnována elektrickému dipólovému momentu, vektoru elektrické polarizace a zavedení dielektrické konstanty.
10. Desátá přednáška se věnuje silovému působení na elektricky polarizovatelné objekty.
11. Jedenáctá hodina je věnována procvičování elektrostatiky.
12. Dvanáctá hodina se věnuje zavedení proudové hustoty a stacionárnímu proudovému poli.
13. Třináctá hodina dokončuje stacionární proudové pole zavedením Kirchhoffových zakonu a dále uvede magnetostatické pole.
14. Čtrnáctá hodina se věnuje diferenciálním a integrálním formulacím magnetostatiky.
15. Patnáctá hodina zavede pojem indukčnosti a ukáže výpočty sil v magnetostatickém poli.
16. Šestnáctá hodina zavede magnetický dipólový moment a popis magnetických materiálů.
17. Sedmnáctá hodina ukáže výpočetní schémata v přítomnosti magnetik. Dále uvede studenta do quasi-magnetostatické aproximace a zavede Faradayův zákon.
18. Osmnáctá hodina stručně ukáže transformaci elekromagnetického pole do pohyblivé soustavy a dále se věnuje časovým změnám v elektrických obvodech obsahujících resistory a induktory. Hodina je zakončena odvozením magnetostatické energie.
19. Devatenáctá hodina je věnována quasi-magnetostatické aproximaci. Detailně je probrána interakce quasi-magnetostatického pole s vodičem. Je zaveden pojem dokonalého vodiče.
20. Dvacátá hodina zavádí posuvný proud a ukazuje popis plně dynamického elektromagnetického pole. Dále je odvozen Poynting-Umov teorém.
21. Dvacátá první hodina ukazuje různé pří pady toku energie v elektromagnetických systémech a dále zavádí hybnost a moment hybnosti elektromagneticko pole
22. Dvacátá druhá hodina je cvičením na magnetostatiku.
23. Dvacátá třetí hodina ukazuje popis elektromagnetických jevů ve frekvenční oblasti. Na konci hodiny je zaveden pojem elektromagnetické vlny.
24. Dvacátá čtvrtá hodina zavádí rovinnou vlnu, pojem polarizace a výkon vlnou nesený.
25. Dvacátá pátá hodina ukazuje popis rovinné vlny v časové oblasti a ukazuje hybnost přenášenou vlnou. V druhé polovině hodiny je ukázán odraz rovinné vlny od zrcadla.
26. Dvacátá šestá hodina diskutuje vlnové řešení mezi dvěma zrcadly. Konec hodiny je věnován ukázce partií, které se do kurzu nevešly a jsou určeny k samostudiu.

Exercises outline:

The division of the course into lectures and exercises is not strictly followed. The theory is interleaved with solved problems and experimental demonstrations.

Literature:

(mandatory, introductory literature)
D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Prentice Hall, 3rd ed., 1999
E. M. Purcell and D. J. Morin, Electricity and Magnetism, Cambridge University Press, 3rd ed., 2013
(recommended, advanced literature for additional reading beyond the content of the course)
J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, John Wiley & Sons, 3rd ed., 1998
(recommended, solved problems)
S. A. Nasar, 2008+ Solved Problems in Electromagnetics, SciTech Publishing, 2008
F. S. Bloise, R. M. Ferro, A. B. Rojo, F. G. Latasa, Solved Problems in Electromagnetics, Springer-Verlag, 2017

Requirements:

Multivariate integral and differential calculus, Vector analysis

Keywords:

Classical electromagnetism, Electrostatics, Magnetostatics, Electromagnetic field, Electromagnetic wave

Subject is included into these academic programs:

Program Branch Role Recommended semester
BPOES Common courses PO 3


Page updated 28.3.2024 11:51:04, semester: L/2023-4, Z/2024-5, Z/2023-4, Send comments about the content to the Administrators of the Academic Programs Proposal and Realization: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)