Kursplan för Elektromagnetism

Beslut och riktlinjer

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

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)