Dynaaminen sähkömagnetiikka (5op)

Osaamistavoitteet

Opiskelija osaa selittää sähkömagneettisen induktion ja soveltaa Lenzin ja Faradayn lakeja. Opiskelija osaa selittää, miten pyörrevirrat liittyvät induktioon ja kenttien jakaumaan johteissa. Opiskelija osaa kirjoittaa Ampere-Maxwellin lain ja tulkita sitä erikoistapauksissa. Opiskelija osaa kirjoittaa Gaussin lait sähkö- ja magneettikentille ja selittää niiden sisällöt.  Opiskelija tietää Maxwellin yhtälöiden luonteen yleispätevinä luonnonlakeina. Opiskelija osaa kirjoittaa väliaineyhtälöt ja hyödyntää niitä yhdessä Maxwellin yhtälöiden kanssa sähkömagnetiikan tehtävien ratkaisuissa.  Opiskelija tietää, miten sähkömagneettinen aaltoyhtälö muodostetaan Maxwellin yhtälöistä. Opiskelija osaa kertoa, mikä on monokromaattinen tasoaalto ja määrittää sen keskeisimmät parametrit. Opiskelija tietää, että aalto vaimenee kulkiessaan johtavassa aineessa sekä mistä tekijöistä vaimeneminen riippuu. Opiskelija tietää, että aalto heijastuu ja taittuu materiaalirajapinnalla sekä osin läpäisee rajapinnan. Opiskelija ymmärtää, että ennuste näille laaditaan rajapintaehdoista. Opiskelija osaa määrittää rajapinnan heijastus- ja läpäisykertoimet.Opiskelija osaa selittää, miten sähkömagneettisen aallon polarisaatio määritetään sekä kuvailla mitä ovat lineaarinen-, ympyrä- ja elliptinenpolarisaatio.Opiskelija tuntee Poyntingin teoreeman termien merkitykset ja tietää sen aseman energian säilymislakina. Hän pystyy liittämään termit lineaaristen piirikomponenttien toimintaan. Opiskelija osaa kertoa mikä on laitteen sähköinen koko valitulla käyttötaajuudella, ja ymmärtää sen merkityksen piiriteorian sovellettavuuden kannalta.Opiskelija osaa tulkita aikariippuvien sähkömagnetiikan tehtävien simulointituloksia sekä perustella mallinnustehtävien asetuksia sähkömagneettisen teorian pohjalta. Opiskelija pystyy käyttämään yliopistotasoista matemaattista analyysiä tehtävien ratkaisussa.

Sisältö

Sähkömagneettinen induktio, Lenzin ja Faradayn lait. Pyörrevirrat. Ampere-Maxwellin laki, siirrosvirrat. Maxwellin yhtälöt ja väliaineyhtälöt, rajapintaehdot.Aaltoilmiön perusteet. Osoitinlaskennan hyödyntäminen kenttätehtävissä. Monokromaattiset tasoaallot (dielektrinen ja häviöllinen väliaine, materiaalirajapinnat), heijastuminen, vaimeneminen, polarisaatio.Sähkömagneettinen energia/teho, Poyntingin teoreema.Esimerkkisovelluksia ja niiden mallinnuksen perusteita (muuntajat, antennit, sähkökoneet, …)

Lisätiedot

Kurssilla tutustutaan aikariippuviin sähkömagneettisiin kenttiin, eli sähkömagneettiseen induktioon ja sähkömagneettiseen aaltoilmiöön, sekä esimerkkisovelluksiin (muuntaja, sähkömagneettinen generaattori, yksinkertainen antenni, ...).