Behörighetskrav

30 hp inom teknik/naturvetenskap, inklusive Elektromagnetism I. Flervariabelanalys/Flervariabelanalys allmän kurs och Transformmetoder ska vara genomgångna.

Mål

Efter godkänd kurs ska studenten kunna:

• övergripande redogöra för elektromagnetismens betydelse inom fysik och teknik,
• demonstrera förmåga att teoretiskt lösa elektromagnetiska problem,
• visa förmåga att använda tillägnad teori för konstruktionsuppgifter,
• söka upp information om kommersiellt tillgängliga utrustningar,
• redogöra för typiska storlekar på elektromagnetiska storheter i vanliga situationer,
• översiktligt redogöra för typiska elektromagnetiska materialegenskaper och val av material för olika tillämpningar.

Innehåll

Fysikaliska skillnader mellan direktväxelverkan och fältbeskrivning. Lorentzkraften och Maxwells ekvationer som ett fullständigt system och något om energi och rörelsemängd i elektromagnetiska fält. Coulombintegralerna för de elektrostatiska och magnetostatiska fälten samt Biot-Savarts lag.

Grundläggande potentialteori med Gauss lag, Amperes lag, Helmholtz teorem, urartade källfördelningar och spegling i plan. Fundamentallösningar till Laplaces ekvation och fysikalisk motsvarighet för dessa. Rand- och hoppvillkor vid begränsningsytor. Earnshaws och Thompsons teorem samt Faradays bur.

Multipolutveckling av de statiska fälten. Elektriska och magnetiska dipoler. Kraft och vridmoment på dipoler samt kompassekvationen. Översiktligt om polarisation och magnetisering i elektromagnetiska material. Kontinuitetsekvationen för elektrisk laddning. Ohms lag på differentiell form. Översikt om materialval och materials elektromagnetiska egenskaper.

Faradays induktionslag. Induktion i rörliga elektriska slingor. Några exempel på induktionsmaskiner med översiktlig jämförelse med prestanda hos förbränningsmotorer.

Översiktligt om kapacitans- och induktanskoefficienter samt förenklingar som leder till kretsekvationer i elektronik.

Maxwells generalisering av Amperes lag och slutlig form av Maxwells ekvationer. Skärmning, strömförträngning (skin-effekt) och magnetfältsdiffusion genom ledande material. Exempel på tekniker för elektromagnetisk skärmning. Översiktligt om alstring och utbredning av elektromagnetiska vågor. Energi och rörelsemängd i det elektromagnetiska fältet (Poyntings teorem). Översiktligt om halvvågsantenner, elektrisk dipolstrålning, fasstyrda antenner och strålning från väteatomen. Giltigheten av elektromagnetismen i speciell relativitetsteori och översiktligt om kvantmekaniska effekter, särskilt gällande strålning.

Tillämpningar inom förnybar elgenerering och dess betydelse för hållbar utveckling.

Undervisning

Föreläsningar, lektionsövningar, laboration, seminarier samt studiebesök.

I laborationen ingår att i grupp utarbeta förslag på förbättringar av någon konstruktion, inklusive sökning av information (t.ex. via Internetbaserade kataloger) om utrustning som finns tillgängliga på marknaden.

Studiebesök görs vid avdelningen för elektricitetslära, någon försöksanläggning eller företag.

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut (4 hp) samt redovisning av laborationer (1 hp).

Om särskilda skäl finns får examinator göra undantag från det angivna examinationssättet och medge att en enskild student examineras på annat sätt. Särskilda skäl kan t.ex. vara besked om särskilt pedagogiskt stöd från universitetets samordnare för studenter med funktionsnedsättning.