B1B17EMP, B2B17EMP, B2B17EMPA - Elektromagnetické pole - B171
Předmět seznamuje posluchače s fyzikálními základy aplikované teorie elektromagnetického pole a s jejich využitím při konstrukci elektrotechnických zařízení.
Předmět seznamuje posluchače s fyzikálními základy aplikované teorie elektromagnetického pole a s jejich využitím při konstrukci elektrotechnických zařízení.
Přednášející a cvičící |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
|
Přednášející |
|||||||||||
|
Cvičící |
|
||||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
||||||||||
Konzultační hodiny |
||||||||||||
|
|
Vítězslav Pankrác: Středa 11:30-14:00 (B2-535), případně po dohodě kdykoliv jindy |
||||||||||
|
|
|
||||||||||
Obecné podmínky pro absolvování předmětu |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
Podmínky pro udělení zápočtu |
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
!!!! Změna termínu psaní testu !!!! Z organizačních důvodů se termín překládá na středu 11.prosince, resp. pátek 13.prosince.
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
|
||||||||||||
|
|
|
||||||||||
Zkouška bude sestávat ze tří samostatných částí:
Obsahem prvního bloku písemné části bude zodpovězení 10 otázek vybraných z okruhu základních otázek ke zkoušce Soubor základních otázek . Tento blok bude trvat 40 minut. Odpovědi poslouží jako základ pro diskusi v ústní části zkoušky a budou hodnoceny maximálním počtem 10 x 1b = 10 b ( =100% možného bodového zisku z této části). Minimální akceptovatelný bodový zisk v této části je 5 bodů (50%)
Obsahem druhého bloku písemné části bude logické odvození tří tématicky volených aplikačních úloh, které budou vybrány z množiny, jejichž převážná část bude demonstrována na přednáškách a cvičeních, menší část bude doporučena k samostatnému prostudování. Seznam těchto úloh je vypsán pro každý týden semestru v dolní části stránky. Na vypracování každé úlohy bude 20 minut. Úlohy budou hodnoceny maximálním počtem 3 x 10 = 30b ( = 100% možného bodového zisku z této části). Minimální akceptovatelný bodový zisk v této části je 15 bodů (50%).
Obsahem ústní části zkoušky bude širší diskuse nad písemnou prací a dále diskuse nad dvěma konkrétními vylosovanými tématy, která vycházejí z okruhů základních otázek ke zkoušce. Otázky pro ústní část zkoušky jsou v souboru "Otázky pro ústní část zkoušky". Znalost každého z vybraných témat u ústní zkoušky bude hodnocena orientačně podle tohoto klíče:
|
V následující tabulce je ke každému týdnu semestru ve stručných heslech uvedena osnova problematiky, která bude probírána na přednáškách a soubor s prezentacemi a obrázky, které budou promítány. Časové rozvržení látky nelze přesně stanovit, může se operativně pozměnit. Rovněž obsah prezentací může být během semestru průběžně změněn.
Prezentace slouží pouze jako hrubý ilustrovaný přehled probírané látky a v žádném případě nemohou nahradit ucelený studijní materiál. Podrobnější informace při studiu je tedy nutné hledat v doporučené či jiné literatuře!
|
|
|
|
|
|
- pohybujícím se bodovým nábojem - proudy tekoucími v tenké proudové smyčce - proudy tekoucími po povrchu nebo uvnitř objemového tělesa
|
|
|
|
|
|
|
V následující tabulce je každému týdnu semestru ve stručných heslech uvedena osnova problematiky, která bude probírána na cvičeních. Příklady jsou voleny tak, aby navazovaly na teoretickou část problematiky probranou na přednáškách a přispěly k jejímu pochopení. Příklady, s ohledem na uvedené číselné odkazy, je možné najít v elektronických skiptech viz: Pankrác, V., Hazdra, P., Novotný, K.: Teorie elektromagnetického pole - příklady.
Studentům důrazně doporučujeme a při vlastních cvičeních budeme předpokládat, že se každý před absolvováním daného cvičení seznámí s odpovídající sadou příkladů. Vlastní komentované cvičení potom bude chápat jako prostor k diskusi, možným dotazům, upřesnění a bližšímu objasnění daného problému. Tímto způsobem je možné si velice usnadnit přípravu na zkoušku z problematiky, která je relativně obsáhlá a členitá. Několik dní přípravy na zkoušku ve zkouškovém období na to pravděpodobně nebude dostačovat!
Znalost látky bude vyučujícími během semestru průběžně ověřována a hodnocena.
|
1.týden |
|
|
|
Matematický úvod, vektor, skalár, vektorová funkce, skalární funkce, základní operace s vektory, skalární součin, vektorový součin, tok vektoru plochou, tok vektoru uzavřenou plochou, integrál vektorové veličiny po orientované dráze, integrál po uzavřené dráze, fyzikální interpretace a aplikace. |
|
|
|
|||
| 2.týden |
|
|
|
Výpočet intenzity elektrického pole pomocí superpozice pole bodového náboje |
ES-c |
|
1 |
Elektrické pole na příčné ose úseku dlouhého tenkého vodiče |
ES/8 |
|
2 |
Elektrické pole dlouhého tenkého vodiče – limitní případ úlohy 1 |
ES/9 |
|
3 |
Elektrické pole tenkého nabitého prstence |
ES/10 |
|
4 |
Elektrické pole tenkého nabitého disku |
ES/12 |
|
5 |
Elektrické pole nad rozlehlým tenkým diskem – limitní případ úlohy 4 |
ES/14 |
|
|
|||
| 3.týden |
|
|
|
Aplikace Gaussovy věty pro výpočty elektrických polí |
ES-d |
|
6 |
Elektrické pole bodového náboje pomocí Gaussovy věty |
ES/16 |
|
7 |
Elektrické pole nabité koule pomocí Gaussovy věty |
ES/17 |
|
8 |
Elektrické pole tenkého dlouhého nabitého vodiče pomocí Gaussovy věty |
ES/19 |
|
9 |
Elektrické pole válcového dlouhého nabitého vodiče pomocí Gaussovy věty |
ES/20 |
|
10 |
Elektrické pole nekonečně rozlehlé nabité vodivé roviny pomocí Gaussovy věty |
ES/21 |
|
|
|||
|
4.týden |
|
|
|
Kapacita a intenzita elektrického pole mezi elektrodami |
|
|
11 |
Elektrické pole mezi dvěma opačně nabitými rovnoběžnými rovinami (deskový kondenzátor) |
ES/23 |
|
12 |
Kapacita deskového kondenzátoru s homogenním a složeným dielektrikem, intenzita elektrického pole v závislosti na přiloženém napětí |
ES/38 ES/39 ES/61 ES/62 |
|
13 |
Elektrické pole mezi dvěma opačně nabitými koaxiálními válci (válcový kondenzátor) |
ES/25 |
|
14 |
Kapacita koaxiálního kabelu (válcového kondenzátoru) s homogenním a složeným dielektrikem, intenzita elektrického pole v závislosti na přiloženém napětí |
ES/42 ES/44 ES/66 ES/68 |
|
15 |
Elektrické pole mezi dvěma opačně nabitými koncentrickými koulemi (kulový kondenzátor) |
ES/24 |
|
16 |
Kapacita kondenzátoru s kulovými elektrodami s homogenním a složeným dielektrikem, intenzita elektrického pole v závislosti na napětí |
ES/47 |
|
|
|||
| 5.týden |
|
|
|
Použití potenciálu a metody zrcadlení při výpočtu kapacity |
|
|
17 |
Kapacita mezi vodiči dvouvodičového vedení – pomocí intenzity elektrického pole i potenciálu |
ES/48 |
|
18 |
Kapacita vodiče proti rozlehlé vodivé rovině (zemi) |
ES/53 |
|
19 |
Kapacita vodiče proti dvěma kolmým, vodivým a rozlehlým rovinám |
ES/56 |
|
|
|||
| 6.týden |
|
|
|
Výpočet sil v elektrickém poli, použití principu virtuálních prací |
|
|
20 |
Síla působící kolmo na desky deskového kondenzátoru |
ES/79 |
|
21 |
Síla vtahující částečně zasunuté dielektrikum mezi desky deskového kondenzátoru |
ES/80 |
|
22 |
Elektrická síla působící na vodiče dvouvodičového vedení |
ES/77 |
|
|
Stacionární proudové pole, výpočet odporu |
|
|
23 |
Elektrický odpor mezi válcovými elektrodami |
PR/2 |
|
24 |
Elektrický odpor příčně rozděleného válce |
PR/4 |
|
|
|||
| 7.týden |
|
|
25 |
Přechodový odpor kulové elektrody v zemi |
PR/6 |
|
26 |
Elektrický odpor mezi dvěma kulovými elektrodami v zemi s přihlédnutím k vlivu hloubky v zemi a vzdálenosti elektrod |
PR/8 |
|
|
Stacionární magnetické pole |
|
|
|
Biotův-Savartův zákon, superpozice magnetického pole proudového elementu |
|
|
27 |
Magnetické pole přímého úseku tenkého vodiče a limitní případ pro dlouhý tenký vodič |
MG/4 |
|
28 |
Magnetické pole na ose tenkého kruhového závitu |
MG/6 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||
8.týden |
|||
|
Výpočet magnetického pole pomocí Ampérova zákona |
|
|
29 |
Magnetické pole tenkého dlouhého vodiče |
MG/17 |
|
30 |
Magnetické pole masivního dlouhého válcového vodiče |
MG/18 |
|
31 |
Magnetické pole v koaxiálním kabelu |
MG/19 |
|
32 |
Magnetické pole na podélné ose dlouhého tenkého pásového vodiče |
MG/21 |
|
|
|||
| 9.týden |
|
|
|
Výpočet vlastní indukčnosti |
|
|
33 |
Indukčnost na jednotku délky symetrického dvouvodičového vedení |
MG/37 |
|
34 |
Indukčnost na jednotku délky koaxiálního kabelu pomocí energetické definice (vnější indukčnost) |
MG/35 |
|
35 |
Vnitřní indukčnost válcového vodiče pomocí energetické definice |
MG/35 |
|
36 |
Indukčnost tenké dlouhé válcové cívky – solenoidu pomocí statické a energetické definice |
MG/39 |
|
|
Vzájemná indukčnost |
|
|
37 |
Vzájemná indukčnost mezi vodičem a obdélníkovou smyčkou |
MG/48 |
|
38 |
Vzájemná indukčnost mezi vedením a obdélníkovou smyčkou umístěnou uvnitř a vně vedení |
MG/50,MG/51 |
|
|
|||
| 10.týden |
|
|
|
Síly v magnetickém poli |
|
|
39 |
Síla v magnetickém poli působící na dva rovnoběžné vodiče pomocí I(dl X B) |
MG/57 |
|
40 |
Síla v magnetickém poli působící na dva rovnoběžné vodiče pomocí principu virtuálních prací |
MG/57 |
|
|
Magnetické obvody |
|
|
41 |
Vlastní indukčnost cívky na jednoduchém magnetickém obvodu |
MG/44 |
|
42 |
Vzájemná indukčnost cívek na jednoduchém magnetickém obvodu |
MG/53 |
|
43 |
Vlastní indukčnost cívek na složitějším magnetickém obvodu |
MG/42 |
|
|
|||
|
12.týden |
|
|
44 |
Vzájemná indukčnost cívek na složitějším magnetickém obvodu |
MG/52 |
|
|
Indukované napětí |
|
|
45 |
Návrh tlumivky o zadané indukčnosti a jmenovitém proudu pro maximální dovolenou magnetickou indukci v magnetickém obvodu – stanovení počtu závitů a velikost vzduchové mezery |
MG/46 |
|
46 |
Napětí indukované v cívce, která se rovnoměrně otáčí v homogenním magnetickém poli |
MG/33 |
|
47 |
Napětí indukované v cívkách na magnetickém obvodu – ideální transformátor |
MG/34 |
|
|
| ||
13.týden |
|||
|
Rovinná harmonická elektromagnetická vlna, vektory veličin elektromagnetického pole, časový průběh veličin, fázor intenzity elektrického a magnetického pole, konstanta šíření (měrný útlum a fázová konstanta). Vzájemný vztah mezi intenzitou elektrického a magnetického pole - vlnová impedance, konstanta šíření a vlnová impedance v nevodivém a dobře vodivém prostředí. |
|
|
|
Rovinná harmonická elektromagnetická vlna - doporučené úlohy na procvičení |
|
|
48 |
|
|
|
49 |
|
|
|
50 |
|
|
|
| 14.týden |
|
|
|
|
|
|
|
Rovinná harmonická elektromagnetická vlna - doporučené úlohy na procvičení |
|
|
51 |
|
|
|
52 |
|
|
|
53 |
|
|
Vybrané příklady z nichž většina byla probrána na cvičení:
Příklad 22-32 Výpočet kapacity
Příklad 41-45 Stacionární proudové pole
Příklad 46-67 Stacionární magnetické pole, indukčnosti, síly, magnetické obvody, indukční zákon
Vzájemné porovnání matematických vztahů s podobným fyzikálním významem v elektromagnetickém poli
Soubory s pomocnými texty k probrané látce (během semestru může být upravováno a modifikováno, během zkouškového období bude již definitivní platná verze)
Pankrác, V., Hazdra, P., Novotný, K.: Teorie elektromagnetického pole - příklady - Přepracovaná verze skript v elektronické formě - bude postupně upravováno a modifikováno :
d) Pátá část - Nestacionární elektomagnetické pole, elektromagnetická vlna
e) Šestá část - Vlna TEM na symetrickém dvouvodičovém vedení
[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 |