Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://cw.fel.cvut.cz/wiki/courses/a8b17emta
Anotace:
Předmět studenta seznámí s fyzikálními základy teorie elektromagnetického pole a jejich matematickým popisem. Konkrétněji studenta provede elektrostatikou, magnetostatikou, zavede vazbu mezi časově proměnnými poli a bude ukončen náhledem na problematiku elektromagnetické vlny. Znalosti z předmětu jsou základem pro předmět A8B17ELD (Elektrodynamika), pro studium teorie obvodů, teorie polovodičových součástek a řady odborných předmětů magisterského studia.
Cíle studia:
Pochopit fyzikální základy elektromagnetismu a osvojit si matematický aparát potřebný k řešení elektromagnetických úloh.
Osnovy přednášek:
| 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. |
Osnovy cvičení:
Rozdělení předmětu do přednášek a cvičení není striktně dodržováno a teorie je volně prokládána řešenými příklady a experimentálními ukázkami.
Literatura:
(povinné, anglicky, úvodní literatura)
| 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 |
(povinné, česky, úvodní literatura)
| K. | | Novotný, Teorie elektromagnetického pole I, Skriptum ČVUT Praha, 1998 |
(doporučené, anglicky, pokročilá literatura vhodná pro doplňkovou četbu přesahující rámec osnov předmětu)
| J. | | D. Jackson, Classical Electrodynamics, John Wiley & Sons, 3rd ed., 1998 |
(doporučené, anglicky, sbírky řešených příkladů)
| 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 |
Požadavky:
Integrální a differenciální počet funkcí více proměnných, Vektorová analýza
Klíčová slova:
Klasický elektromagnetismus, Elektrostatika, Magnetostatika, Elektromagnetické pole, Elektromagnetická vlna
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Stránka vytvořena 16.3.2025 17:50:58, semestry: L/2025-6, Z,L/2024-5, Z/2025-6, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |