Allmänt

Kunskaper behövs i vektoranalys (Gauss och Stokes satser) från Geometri och analys III, som med fördel läses parallellt med första halvan av kursen.

Behörighetskrav

30 hp. Geometri och analys II/Flervariabelanalys M (kurv- och ytintegraler) och Mekanik KF/Mekanik (kraft, energi, partikelrörelse), genomgångna kurser. Minst 2 hp från Introduktion till beräkningsvetenskap.

Mål

Efter godkänd kurs skall studenten kunna:

• formulera matematiska modeller av ett givet elektromagnetiskt system
• utföra elektriska och magnetiska fältberäkningar för utvalda geometrier och randvillkor
• härleda, förklara och beräkna statiska och tidsberoende strömmar i kretsar innehållande resistanser, kapacitanser och induktanser
• ge exempel på och kunna förklara elektromagnetiska fenomen och elektriska kretsar, samt enkla elektriska apparaters principer och funktion
• redogöra för hur elektromagnetiska vågor flyttar energi från en plats till en annan
• planera och genomföra mätningar på elektromagnetiska kretsar med de vanligaste elektriska mätinstrumenten

Innehåll

Elektrostatik: elektrisk laddning, Coulombs lag, elektrisk fältstyrka och potential, Poissons och Laplaces ekvationer, Gauss sats, elektriska dipoler, potential och fält från elektrisk dipol, kapacitans, polarisation, dielektrika, D-fältet, brytning av fält vid gränsyta, spegling, elektrostatisk energi samt kondensatorer.

Magnetiska fält: B-fältet, magnetisk kraftverkan, Biot-Savarts lag, magnetiska dipoler, magnetisk polarisation, H-fältet, brytning av fält vid gränsyta, dia-, para- och ferromagnetism, hysteresis, magnetiska kretsar, permanenta magneter samt Amperes lag.

Beräkningsverktyg: divergens och rotation av vektorfält, identiteter för grad, div, och rot i olika koordinatsystem, tillämpning av Stokes och Gauss satser för elektromagnetiska fält samt numerisk behandling av fält och kretsar.

Elektromagnetiska fält: tidsberoende elektromagnetiska fält, fältenergi, Maxwells ekvationer på differentialform, skalär- och vektorpotential, elektromagnetiska vågor, vågekvationen, Poyntingvektorn, reflektion av vågor samt dipolstrålning.

Elektrisk ström och kretsteori: strömtäthet, kontinuitetsekvationen, Ohms lag, Kirchhoffs lagar, Joules lag, elektromotorisk spänning (EMS), upp- och urladdning av kondensator.

Diskreta kretsar, vanligt förekommande komponenter och deras egenskaper, kretsanalys samt tvåpoler.

Elektromagnetisk induktion: Lenz lag, Faradays lag, självinduktion, det magnetiska fältets energi, ömsesidig induktans samt LR-kretsar.

Växelström: komplexa metoden (jω-metoden) och visare, resonanskretsar, LRC-kretsar samt vanligt förekommande komponenter och deras egenskaper. Aktiv, reaktiv och skenbar (komplex) effekt. Orientering om trefassystem.

Elektrisk allmänkunskap: principer för elektriska motorer och generatorer, transformatorn samt orientering om elsäkerhet.

Undervisning

Föreläsningar, lektionsövningar och laborationer. Lektionsövningar med problemlösning i mindre grupper kan förekomma, liksom övningar i datasal. På kursen förekommer ämnesintegrerad kommunikationsträning med återkoppling och självvärdering.

Examination

Obligatoriska inlämningsuppgifter (2 hp)

Skriftlig tentamen (6 hp)

Godkänd laborationskurs (2 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.