Kursplan för Elektroteknikens grunder III: Fältteori

Basics of Electrical Engineering III: Field Theory

Kursplan

  • 10 högskolepoäng
  • Kurskod: 1TE669
  • Utbildningsnivå: Grundnivå
  • Huvudområde(n) och successiv fördjupning: Teknik G1F

    Huvudområde(n) och successiv fördjupning

    Koden visar kursens utbildningsnivå och fördjupning i förhållande till andra kurser inom huvudområdet och examensfordringarna för generella examina:

    Grundnivå
    G1N: har endast gymnasiala förkunskapskrav
    G1F: har mindre än 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    G1E: innehåller särskilt utformat examensarbete för högskoleexamen
    G2F: har minst 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    G2E: har minst 60 hp kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav, innehåller examensarbete för kandidatexamen
    GXX: kursens fördjupning kan inte klassificeras.

    Avancerad nivå
    A1N: har endast kurs/er på grundnivå som förkunskapskrav
    A1F: har kurs/er på avancerad nivå som förkunskapskrav
    A1E: innehåller examensarbete för magisterexamen
    A2E: innehåller examensarbete för masterexamen
    AXX: kursens fördjupning kan inte klassificeras.

  • Betygsskala: Underkänd (U), godkänd (3), icke utan beröm godkänd (4), med beröm godkänd (5)
  • Inrättad: 2011-05-10
  • Inrättad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
  • Reviderad: 2019-02-13
  • Reviderad av: Teknisk-naturvetenskapliga fakultetsnämnden
  • Gäller från: vecka 27, 2019
  • Behörighet: Elektroteknikens grunder I: Komponenter och kretsar samt Algebra och vektorgeometri/Algebra och geometri. Elektroteknikens grunder II: Kretsteori samt Funktionslära för ingenjörer/Envariabelanalys ska vara genomgångna.
  • Ansvarig institution: Institutionen för teknikvetenskaper

Mål

Syftet med kursen är att studenten ska tillägna sig grundläggande kunskaper i elektromagnetism, innefattande Maxwells ekvationer och konsekvenserna av dessa i olika material. Elektromagnetisk strålning behandlas översiktligt.

Efter godkänd kurs ska studenten kunna

  • förklara vad elektriska och magnetiska fält har för ursprung och verkan,
  • beräkna elektriska fält och potentialer samt magnetiska fält utifrån kända laddningsfördelningar och strömmar,
  • förklara och i enklare fall beräkna hur dielektriska och ledande material påverkar elektriska fält och potentialer,
  • förklara och i enklare fall beräkna hur ferromagnetiska material samt ledande material påverkar magnetiska fält,
  • förklara begreppen kapacitans och induktans i fältbilden och i enklare fall beräkna kapacitanser och induktanser utifrån geometriska data,
  • beräkna elektromagnetiska krafter och arbete,
  • förklara induktion och beräkna inducerade spänningar samt förklara skineffekten,
  • förklara förskjutningsströmtätheten,
  • härleda vågekvationen samt beskriva dess lösningar i ett par enkla fall.

Innehåll

Maxwells ekvationer, ursprung och verkan av elektriska och magnetiska fält, elektrisk laddning, vektorfält, integraler som summa, elektriskt fält och potential från laddningsfördelningar, att rita elektriska fält, elektriska potentialer och magnetiska fält, superpositionsprincipen, samband mellan elektriskt fält och elektrisk potential, gradienten, cylindriska koordinater, rep. av skalärprodukt och kryssprodukt, elektromagnetiska krafter och arbete, flödet av vektorfält, Gauss lag för elektriska fält på integralform, resistans, ledningsförmåga, strömtäthet, Ohms lag, laddningsutbredning i ledande material, elektriska fält i dielektrikum och relativ permittivitet, kapacitans och kondensatorapproximationen, speglingsmetoden, magnetiska fält, Lorentzkraften, Biot-Savarts lag, Gauss lag för magnetiska fält, Amperes lag på integralform, ferromagnetism, diamagnetism, paramagnetism, relativ permeabilitet, hysteres och permanentmagneter, övergång till magnetiska kretsar, mymetaller och magnetisk skärmning, Halleffekten, magnetiska krafter i luftgap, Faradays lag, rörelseEMK, Lenz lag, ömsesidig induktans, självinduktans, virvelströmmar och laminering, skärmning av högfrekventa magnetiska fält, speglingsmetoden för magnetiska fält (induktion), förskjutningsströmtäthet, coronaeffekter, dielektrisk hållfasthet, skineffekt och inträngningsdjup. Vågekvationen. 

På översiktlig nivå behandlas dessutom: elektromagnetisk strålning, Poyntingvektorn, elektromagnetism i elektriska kretsar, magnetisk vektorpotential, rotation och divergens, Helmholtz teorem, Laplaces och Poissons ekvationer, Gauss sats och Stokes sats (matematiskt), jordens magnetfält, dielektrisk konstant och ledningsförmåga för några vanliga material, vissa (förenklade) räknetekniska detaljer såsom ytintegraler och kurvintegraler, elektrostatisk och magnetostatisk energi, elektriskt och magnetiskt dipolmoment, supraledare, elektreter och multipelledare.

Undervisning

Föreläsningar, räkneövningar, inlämningsuppgifter och laborationer.

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut (7 hp) samt inlämningsuppgifter och laborationer (3 hp).

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

Övriga föreskrifter

Kursen kan inte tillgodoräknas i examen tillsammans med 1TE645, Elektroteknikens grunder II.

Litteratur

Litteraturlista

Gäller från: vecka 27, 2019

  • Engström, Lars Alfred Elektromagnetism : från bärnsten till fältteori

    Lund: Studentlitteratur, 2000

    Se bibliotekets söktjänst

    Obligatorisk

  • Hagnestål, Anders Elektromagnetism för elektroingenjörer

    Institutionen för teknikvetenskaper, 2011

    Obligatorisk

  • Hultqvist, Klas Elektricitet och magnetism från början

    Lund: Studentlitteratur, 2010

    Se bibliotekets söktjänst