Staattinen sähkömagnetiikka (5op)

Osaamistavoitteet

Opiskelija osaa selittää, mitä ovat stationäärinen virtakenttä, staattinen sähkökenttä ja staattinen magneettikenttä sekä niiden peruslait. Hän osaa selittää, mihin perushavaintoihin edellisten mallit nojaavat sekä osaa selittää sähkömagneettisten kenttien malleissa käytettävät perussuureet. Opiskelija osaa yhdistää Kirchoffin jännitelain, Kirchoffin virtalain ja Joulen lain staattisten kenttätehtävien peruslakeihin.Opiskelija osaa kirjoittaa väliaineyhtälöt johteille, eristeille ja magneettisille materiaaleille sekä osaa selittää yleisellä tasolla ilmiöt, joita väliaineyhtälöillä mallinnetaan. Opiskelija osaa laskea analyyttisesti staattisten sähkö- ja magneettikenttien sekä johdekenttien suureita perustapauksissa. Opiskelija tietää, miten rajapintaehdot johdetaan Maxwellin laeista ja osaa soveltaa niitä perustapauksissa. Opiskelija pystyy käyttämään yliopistotasoista matemaattista analyysiä tehtävien ratkaisuissa.Opiskelija osaa tulkita staattisten kenttätehtävien simulointituloksia sekä perustella mallinnustehtävien asetuksia sähkömagneettisen teorian pohjalta. Opiskelija osaa selittää miten sähkömagneettisen järjestelmän energia varastoituu ja miten voimavaikutukset liittyvät järjestelmän energiaan

Sisältö

Sähkömagnetiikan peruskäsitteet, Maxwellin staattiset yhtälöt ja väliaineyhtälöt. Vektorianalyysin perusoperaatiot, kenttäsuureet. Suuntaderivaatta, gradientti, roottori ja divergenssi. Polku-, pinta- ja tilavuusintegraalit sekä niihin liittyvät integraalilauseet. Sähkömagneettisen teorian rakentuminen ja peruspostulaatit. Staattinen virtatehtävä, sähköinen potentiaali, virrantiheys, johtavuus. Kirchoffin lakien sekä vastuksen piirimallin johtaminen sähkömagnetiikan peruslaeista. Staattinen sähkökenttä, permittiivisyys, sähköinen dipoli, polarisaatio. Coulombin ja Gaussin lait.Staattinen magneettikenttä, magneettinen dipoli, magnetisaatio, hystereesi, magneettipiirit. Ampèren, Gaussin ja Biot-Savartin lait.Maxwellin yhtälöt integraalimuodossa ja differentiaalimuodossa Kenttäsuureiden rajapintaehdot Kenttiin varastoitunut energia. 

Lisätiedot

Kurssilla tutustutaan staattisiin sähkömagneettisiin ilmiöihin sekä niiden mallintamiseen. Kurssilla harjoitellaan tarvittavien matemaattisten työkalujen sekä mallinnusohjelmistojen käyttöä ja samalla rakennetaan ymmärrystä sähkömagnetiikan eri ilmiöistä ja materiaalien vaikutuksesta niihin.