Toto je tzv. shluknutý kurz. Skládá se z několika samostatných předmětů, které sdílejí výukové materiály, úkoly, testy apod. Níže si můžete zobrazit informace o jednotlivých předmětech tvořících tento shluk.

Elektromagnetické pole - A1B17EMP

Hlavní kurz
Kredity 5
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2p+2c
Anotace
Předmět seznamuje posluchače s fyzikálními základy aplikované teorie elektromagnetického pole a s jejich využitím při konstrukci elektrotechnických zařízení.
Cíle studia
Žádná data.
Osnovy přednášek
1) Podstata elektromagnetických jevů, elektrické náboje jako zdroje elektromagnetického pole. Vymezení makroskopického pohledu na elektromagnetické pole. Pole vírové a potenciálové. Klasifikace prostředí.
2) Elektrostatické pole, Coulombův zákon, intenzita elektrického pole E. Gaussova věta elektrostatiky v integrálním a diferenciálním tvaru, pojem divergence vektorové funkce.
3) Elektrické pole v elektricky dobře vodivých a dielektrických materiálech. Elektrické pole volných nábojů, elektrická indukce D a elektrický indukční tok. Vázané náboje v dielektriku, jev polarizace materiálu, elektrický dipól, dipólový moment, polarizace P, susceptibilita, permitivita.
4) Práce vykonaná v elektrickém poli, napětí, potenciál. Gradient skalární funkce. Laplaceova a Poissonova rovnice. Definice kapacity. Energie soustavy bodových nábojů. Energie v nabitém kapacitoru. Energie elektrického pole vyjádřená pomocí vektorů E a D.
5) Síly v elektrickém poli, princip virtuálních prací. Podmínky na rozhraní dvou dielektrických materiálů i na rozhraní s dobrým elektrickým vodičem. Metoda zrcadlení v elektrickém poli.
6) Stacionární proudové pole, definice elektrického proudu a proudové hustoty, rovnice kontinuity elektrického proudu. Ohmův a Jouleův zákon, podmínky na rozhraní dvou vodivých prostředí, elektromotorické napětí zdroje.
7) Stacionární magnetické pole, magnetická indukce B, Biotův-Savartův zákon, Ampérův zákon celkového proudu v integrálním a diferenciálním tvaru, pojem rotace vektorové funkce.
8) Jev magnetizace materiálu, ekvivalentní vázaný proud v magnetiku. Magnetický dipól, magnetický dipólový moment. Intenzita magnetického pole H a magnetizace M, magnetická susceptibilita a permeabilita.
9) Magnetický indukční tok ?, statická definice vlastní a vzájemné indukčnosti. Podmínky na rozhraní dvou magnetik. Metoda zrcadlení v magnetickém poli. Síly v magnetickém poli. Princip virtuálních prací pro výpočet sil v magnetickém poli.
10) Energie v magnetickém poli, energie soustavy induktorů protékaných el. proudy , energetická definice indukčnosti. Pojem vnitřní a vnější indukčnosti. Energie v magnetickém poli vyjádřená pomocí vektorů pole B a H.
11) Magnetické pole v magnetických obvodech, Hopkinsonův zákon, pojem magnetomotorického napětí a magnetické reluktance. Faradayův indukční zákon, Lenzovo pravidlo. Dynamická definice vlastní a vzájemné indukčnosti.
12) Úplná soustava Maxwellových rovnic v integrálním a diferenciálním tvaru. Harmonicky časově proměnné elektromagnetické pole, zápis veličin pomocí fázorů. Obecná energetická bilance v elektromagnetickém poli ? Poyntingův teorém. Poyntingův vektor.
13) Elektromagnetická vlna ve volném prostoru, vlnová rovnice, řešení vlnové rovnice pro rovinnou harmonickou elektromagnetickou vlnu. Konstanta šíření a vlnová impedance. Vlnová délka, fázová a skupinová rychlost.
14) Elektromagnetická vlna v ideálním dielektriku a elektricky dobře vodivém prostředí. Výkon přenášený elektromagnetickou vlnou, polarizace elektromagnetické vlny. Hloubka vniku, elektrický a magnetický povrchový jev.
Osnovy cvičení
1) Základní matematický aparát pro popis elektromagnetického pole:
Skalární a vektorové veličiny, skalární a vektorová funkce, souřadnicové systémy. Operace s vektory: Sčítání a odčítání, násobení vektorů (skalární a vektorový součin). Křivkové, plošné a objemové integrály. Tok vektoru plochou a uzavřenou plochou, gradient skalární funkce, divergence vektorové funkce, Gauss-Ostrogradského věta, rotace vektorové funkce, Stokesova věta.
2) Výpočty elektrických polí pomocí superpozice elektrického pole bodových nábojů:
Elektrické pole rovnoměrně rozloženého náboje na přímce, na ose tenkého prstence, na ose tenkého rovnoměrně nabitého disku.
3) Aplikace Gaussovy věty
Elektrické pole dlouhého tenkého rovnoměrně nabitého vodiče, rovnoměrně nabité kulové elektrody, dlouhého nabitého válce, rozlehlé rovnoměrně nabité roviny. Elektrické pole opačně nabitých rovin, kulových a válcových elektrod.
4) Kondenzátory, kapacita a intenzita elektrického pole mezi elektrodami
Kapacita a elektrické pole deskového kondenzátoru, válcového kondenzátoru (koaxiálního kabelu) a sférického kondenzátoru.
5) Potenciál v elektrickém poli, metoda zrcadlení
Kapacita dvouvodičového vedení. Kapacita vodiče a kulové elektrody nad elektricky vodivou rovinou. Vliv země na kapacitu mezi vodiči dvouvodičového vedení.
6) Výpočet elektrických sil, použití metody virtuálních prací
7) Stacionární proudové pole, příklad výpočtu elektrického odporu
Elektrický odpor válcových vodivých elementů, radiální odpor v koaxiálním kabelu, pojem uzemnění a výpočet přechodového odporu
8) Magnetostatické pole, superpozice magnetického pole proudových elementů pomocí Biot-Savartova zákona
Magnetické pole vybuzené přímým úsekem vodiče protékaného elektrickým proudem, magnetické pole na ose kruhové proudové smyčky.
9) Aplikace Ampérova zákona
Magnetické pole v okolí tenkého vodiče protékaného elektrickým proudem, magnetické pole uvnitř a vně válcového vodiče protékaného proudem, magnetické pole v koaxiálním kabelu.
10) Vlastní a vzájemná indukčnost, příklady výpočtu
Indukčnost koaxiálního kabelu, indukčnost dvouvodičového vedení, vzájemná indukčnost dvouvodičového vedení a obdélníkové smyčky.
11) Síly v magnetickém poli, magnetické obvody
Síly mezi rovnoběžnými vodiči protékanými elektrickým proudem. Výpočty magnetických obvodů, cívky na magnetických obvodech, vlastní a vzájemné indukčnosti cívek na magnetických obvodech
12) Příklady použití Faradayova indukčního zákona
13,14) Rovinná harmonická elektromagnetická vlna
Vlastnosti rovinné harmonické elektromagnetické vlny, výpočet vlnové délky, fázové rychlosti, vlnové impedance, konstanty šíření (měrného útlumu a fázové konstanty) ve volném prostoru a rovněž v elektricky vodivých materiálech či dielektriku.
Literatura
[1] Pankrác, V.: Základy teorie elektromagnetického pole, výukový materiál k tomuto předmětu (on line), ČVUT Praha
[2] Novotný, K.: Teorie elmag. pole I. Skriptum, ČVUT Praha, 1998
[3] Haňka, L.: Teorie elektromagnetického pole, SNTL, Praha 1975
[4] Mayer, D.: Aplikovaný elektromagnetizmus. Kopp, České Budějovice 2012
[5] Pankrác, V. - Hazdra, P. - Novotný, K.: Teorie elektromagnetického pole ? Příklady, Skriptum ČVUT Praha, 2005
[6] Sadiku, M.N.O.: Elements of Electromagnetics. Saunders College Publishing. London, 1994
[7] Collin, R.E.: Field Theory of Guided Waves. 2nd Edit., IEEE Press, New York 1991
Požadavky
Základní znalosti matematické analýzy a fyziky v rozsahu prvního ročníku bakalářského studia.

Elektromagnetické pole - AD1B17EMP

Kredity 5
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 14+6c
Anotace
Předmět seznamuje posluchače s fyzikálními základy aplikované teorie elektromagnetického pole a s jejich využitím při konstrukci elektrotechnických zařízení. \\Výsledek studentské ankety předmětu je zde: http://www.fel.cvut.cz/anketa/aktualni/courses/AD1B17EMP
Cíle studia
Basic understanding of electromagnetic effects, quantitative estimation of effects, ability to solve simple fields analytically, understanding of numerical electromagnetic field solver principles.
Osnovy přednášek
1. Základní postuláty elmag. pole, jeho zdroje, elektrostatické pole nabité koule, plochy a přímky
2. Potenciál, napětí, síly v homogenním i nehomogenním elektrickém poli. Rozhraní dvou dielektrik. Kapacita.
3. Superpozice polí. Energie a síly v elektrickém poli.
4. Potenciál, napětí, výkon v homogenním i nehomogenním proudovém poli.
5. Stacionární magnetické pole, Ampérův zákon, indukčnost vlastní a vzájemná.
6. Rovinné rozhraní dvou dvou prostředí - souvislost tečných a normálových složek pole. Numerické metody řešení elektromagnetických polí.
7. Práce, energie a síly v magnetickém poli. Interní indukčnost vodičů.
8. Magnetické obvody, Hopkinsonův zákon.
9. Kvazistacionární magnetické pole, Faradayův indukční zákon
10. Nestacionární elmag. pole, úplná soustava Maxwellových rovnic, bilance energie
11. Elektromagnetické vlnění, rovinná harmonická vlna
12. Harmonická vlna v různých typech prostředí, povrchový jev, ohřev materiálu elmg. polem.
13. Elektrický a magnetický povrchový jev
14. Využití elektromagnetických vln v komunikační technice.
Osnovy cvičení
1. Vektorové a skalární pole, potenciál, pole bodového náboje.
2. Kondenzátor s děleným dielektrikem. Výpočet kapacity v případě nehomogenního pole.
3. Superpozice polí. Kapacita, energie a síly v elektrickém poli.
4. Potenciál, napětí, výkon v homogenním i nehomogenním proudovém poli.
5. Stacionární magnetické pole, Ampérův zákon, indukčnost vlastní a vzájemná.
6. Rovinné rozhraní dvou dvou prostředí - souvislost tečných a normálových složek pole. Numerické metody řešení elektromagnetických polí.
7. Práce, energie a síly v magnetickém poli. Interní indukčnost vodičů.
8. Magnetické obvody, Hopkinsonův zákon.
9. Kvazistacionární magnetické pole, Faradayův indukční zákon
10. Nestacionární elmag. pole, úplná soustava Maxwellových rovnic, bilance energie
11. Elektromagnetické vlnění, rovinná harmonická vlna
12. Harmonická vlna v různých typech prostředí, povrchový jev, ohřev materiálu elmg. polem.
13. Elektrický a magnetický povrchový jev
14. Využití elektromagnetických vln v komunikační technice.
Literatura
[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
Požadavky
http://www.elmag.org/doku.php/k317:tep