Behörighetskrav

Elektromagnetism I, Flervariabelanalys och Transformmetoder.

Mål

Efter fullgjord kurs skall 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. Earnshaws och Thompsons teorem samt Faradays bur.

Multipolutveckling av de statiska fälten. Elektriska och magnetiska dipoler. Kraft och vridmoment på dipoler samt kompassekvationen. Något om polarisation och magnetisering i elektromagnetiska material. Ohms lag på differentiell form. Rand- och hoppvillkor vid begränsningsytor. 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.

Kontinuitetsekvationen för elektrisk laddning. Något 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. Något om alstring och utbredning av elektromagnetiska vågor. Energi och rörelsemängd i det elektromagnetiska fältet (Poyntings teorem). Något om halvvågsantenner, elektrisk dipolstrålning, fasstyrda antenner och strålning från väteatomen. Giltigheten av elektromagnetismen i speciell relativitetsteori och något om kvantmekaniska effekter, särskilt gällande strålning.

Undervisning

Föreläsningar, lektionsövningar, laboration samt studiebesök. I kursen ingår laborativ uppgift där studenten i grupp ska utarbeta förslag på förbättringar av någon konstruktion. I laborationen ingår att söka information (t.e.x via Internetbaserade kataloger) om utrustning som finns tillgängliga på marknaden. Studiebesök vid avdelningen för elektricitetslära, någon försöksanläggning eller företag.

Examination

Skriftlig tentamen vid kursens slut. För godkännande fordras även godkända laborationer.

Två miniduggor, alternativt inlämningsuppgift, kommer att ges under kursens gång. Erhållna bonuspoäng på dessa gäller samtliga tentamenstillfällen under det läsår som uppgifterna utfördes.