Wojskowa Akademia Techniczna - Centralny System Uwierzytelniania
Strona główna

Podstawy elektromagnetyzmu

Informacje ogólne

Kod przedmiotu: WELEXWSI-PE
Kod Erasmus / ISCED: (brak danych) / (brak danych)
Nazwa przedmiotu: Podstawy elektromagnetyzmu
Jednostka: Wydział Elektroniki
Grupy:
Punkty ECTS i inne: (brak) Podstawowe informacje o zasadach przyporządkowania punktów ECTS:
  • roczny wymiar godzinowy nakładu pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się dla danego etapu studiów wynosi 1500-1800 h, co odpowiada 60 ECTS;
  • tygodniowy wymiar godzinowy nakładu pracy studenta wynosi 45 h;
  • 1 punkt ECTS odpowiada 25-30 godzinom pracy studenta potrzebnej do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się;
  • tygodniowy nakład pracy studenta konieczny do osiągnięcia zakładanych efektów uczenia się pozwala uzyskać 1,5 ECTS;
  • nakład pracy potrzebny do zaliczenia przedmiotu, któremu przypisano 3 ECTS, stanowi 10% semestralnego obciążenia studenta.

zobacz reguły punktacji
Język prowadzenia: polski
Forma studiów:

stacjonarne

Rodzaj studiów:

I stopnia

Rodzaj przedmiotu:

obowiązkowy

Forma zajęć liczba godzin/rygor:

W 18/+ ; C 18/+ ; L 8/z; Razem: 44

Przedmioty wprowadzające:

algebra z geometrią analityczną / wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku wektorowego

analiza matematyczna 1 / wymagania wstępne: znajomość podstaw rachunku różniczkowego i całkowego

fizyka 1 / wymagania wstępne: znajomość podstawowych pojęć z zakresu ruchu falowego oraz pól elektromagnetycznych

Programy:

semestr drugi / elektronika i telekomunikacja / wszystkie specjalności Wydziału Elektroniki

Autor:

dr inż. Andrzej DUKATA

Bilans ECTS:

1. Udział wykładach / 18

2. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 14

3. Udział w ćwiczeniach rachunkowych / 18

4. Samodzielne przygotowanie się do ćwiczeń rachunkowych / 15

5. Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych / 8

6. Samodzielne przygotowanie do laboratoriów i opracowanie sprawozdań / 8

7. Udział w konsultacjach / 6

8. Przygotowanie do zaliczenia przedmiotu / 3

Sumaryczne obciążenie pracą studenta: 90 / 3 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli: 1. + 3. + 5. + 7. = 50 / 1,5 ECTS

Zajęcia o charakterze praktycznym: 5. + 6. = 16 / 0,5 ECTS

Skrócony opis:

Treść przedmiotu zawiera podstawy teorii elektromagnetyzmu w części dynamicznej, tj. opartej na równaniach Maxwella. Obejmuje on opis propagacji fal elektromagnetycznych (EM) w ośrodkach nieograniczonych, na granicy rozdziału półprzestrzeni dielektrycznych i/lub stratnych oraz w falowodzie prostokątnym. Ponadto przedstawiono podstawy teorii promieniowania fal EM. Na zajęciach laboratoryjnych z zastosowaniem środowiska Mathcad studenci uzyskują modele numeryczne wybranych zjawisk EM.

Pełny opis:

Wykład / Wykład informacyjny. Praca z książką i internetem.

1. Repetytorium z analizy wektorowej. - Przypomnienie podstawowych pojęć z algebry wektorowej (iloczyn skalarny, wektorowy) i analizy wektorowej (dywergencja, rotacja, gradient, podstawowe tożsamości) wykorzystywanych w elektromagnetyzmie. / 2

2. Równania Maxwella. - Różniczkowa postać równań Maxwella w ośrodkach materialnych (polaryzacja, magnetyzacja). Równania Maxwella dla pól harmonicznie zmiennych (zespolona przenikalność dielektryczna). Postać całkowa równań Maxwella. / 2

3. Fale elektromagnetyczne w dielektryku idealnym. - Wyprowadzenie wektorowego równanie falowego. Fala płaska typu TEM. Impedancja falowa i impedancja właściwa. / 2

4. Fale elektromagnetyczne w ośrodku stratnym. - Wykorzystanie zapisu zespolonego do wyprowadzenia równania Helmholtza. Przedstawienia fali płaskiej w notacji zespolonej. Pojęcie zespolonego wektora propagacji. / 2

5. Warunki brzegowe i zależności energetyczne w polu EM. - Wyprowadzenie warunków brzegowych. Bilans mocy w polu elektromagnetycznym w opisie rzeczywistym i zespolonym. Rzeczywisty, zespolony i średni w czasie wektor Poyntinga. / 2

6. Fala padająca ukośnie na granicę dielektryk-dielektryk. - Wzory Fresnela dla fali płaskiej padającej ukośnie na granicę dwóch ośrodków dielektrycznych. Współczynniki odbicia i transmisji mocy. / 2

7. Fale elektromagnetyczne w falowodach. Mody falowe. / 2

8. Potencjały w elektrodynamice i promieniowanie od źródeł prądowych. - Potencjał wektorowy i skalarny. Potencjały EM opóźnione. Potencjały generowane przez źródła zlokalizowane. Dipol Hertza. / 2

9. Test sprawdzający / 2

Ćwiczenia / Ćwiczenia przedmiotowe.

1. Repetytorium z analizy wektorowej. - Przypomnienie podstawowych pojęć z algebry wektorowej (iloczyn skalarny, wektorowy) i analizy wektorowej (dywergencja, rotacja, gradient, podstawowe tożsamości) wykorzystywanych w elektromagnetyzmie. Przedstawienia fali płaskiej w notacji zespolonej. / 2

2. Równania Maxwella i równanie falowe. - Wyznaczanie postaci zmiennych w czasie pól elektromagnetycznych za pomocą równań Maxwella. / 2

3. Zależności energetyczne w polu EM. - Wyznaczanie rzeczywistego, zespolonego i średniego w czasie wektora Poyntinga dla fali płaskiej w próżni. / 2

4. Warunki brzegowe w elektromagnetyzmie. - Rozkład wektora pola na składową styczną i normalną do granicy rozdziału ośrodków. Wyznaczanie wektorów pola elektrycznego i magnetycznego na granicy dwóch ośrodków w oparciu o warunki brzegowe. / 2

5. Fala padająca prostopadle na granicę dielektryk-dielektryk. - Wyznaczanie współczynników odbicia i transmisji mocy dla fali płaskiej padającej prostopadle na granicę dwóch ośrodków dielektrycznych. / 2

6. Fala padająca prostopadle na granicę dielektryk-przewodnik. - Wyznaczanie współczynników odbicia i transmisji pola elektrycznego dla fali płaskiej padającej prostopadle na granicę dielektryk-przewodnik. / 2

7. Falowód prostokątny 1 - Wyznaczanie postaci rozwiązania dla modów TM i TE w falowodzie prostokątnym. / 2

8. Falowód prostokątny 2 - Wyznaczanie parametrów falowodu prostokątnego (częstości granicznej, liczby falowej w zależności od częstości granicznej, prędkości fazowej i grupowej). / 2

9. Prace kontrolne. / 2

Laboratoria / Ćwiczenia laboratoryjne z wykorzystaniem komputera.

1. Wprowadzenie do programu MathCad. - Deklaracja stałych, definiowanie funkcji, wizualizacja wyników, różniczkowanie, całkowanie. Obliczenia symboliczne i numeryczne dywergencji, rotacji, gradientu w układzie kartezjańskim. / 2

2. Modelowanie odbicia i transmisji płaskiej fali EM na granicy dwóch ośrodków. / 2

3. Modelowanie pól EM w falowodzie. / 2

4. Modelowanie pola promieniowania dipola Hertza. / 2

Literatura:

podstawowa:

T. Morawski, W. Gwarek, Pola i fale elektromagnetyczne, WNT, Warszawa, 1985 lub później.

D. J. Griffiths, Podstawy elektrodynamiki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2001 lub później.

uzupełniająca:

R. Litwin, Teoria pola elektromagnetycznego, WNT, Warszawa, 1968 lub później.

Efekty uczenia się:

W1 / Ma wiedzę z zakresu matematyki i fizyki przydatną do formułowania i rozwiązywania prostych zadań z zakresu podstaw elektromagnetyzmu. / K_W01, K_W02

W2 / Ma uporządkowaną i podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną w zakresie opisu pól elektromagnetycznych oraz propagacji fal w przestrzeni wolnej, w obszarze sąsiadującym z granicą ośrodków oraz w falowodzie prostokątnym. / K_W01, K_W04

W3 / Zna podstawowe metody stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu propagacji fal w przestrzeni wolnej, w obszarze sąsiadującym z granicą ośrodków oraz w falowodzie prostokątnym. / K_W01, K_W04

U1 / Potrafi pozyskiwać informacje z literatury i internetu, integrować uzyskane informacje i wyciągać wnioski. / K_U01

U2 / Ma umiejętność samokształcenia. / K_U06

U3 / Potrafi planować symulacje komputerowe dotyczące podstaw elektromagnetyzmu w środowisku MathCad, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski. / K_U10

K1 / Rozumie potrzebę uczenia się przez całe życie. / K_K01

K2 / Potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania. / K_K04

Metody i kryteria oceniania:

Przedmiot zaliczany jest na podstawie zaliczenia.

Zaliczenie przedmiotu przeprowadzane jest w formie testu.

Warunkiem koniecznym do uzyskania zaliczenia jest pozytywna ocena z testu, ćwiczeń rachunkowych i laboratoryjnych.

Efekty W1, W2, W3, U2 weryfikowane są w cząstkowym zakresie poprzez skuteczną realizację ćwiczeń rachunkowych, laboratoryjnych oraz testu.

Efekty U1, U3 weryfikowane są poprzez skuteczną realizację zadań laboratoryjnych.

Przedmiot nie jest oferowany w żadnym z aktualnych cykli dydaktycznych.
Opisy przedmiotów w USOS i USOSweb są chronione prawem autorskim.
Właścicielem praw autorskich jest Wojskowa Akademia Techniczna.
ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa 46 tel: +48 261 839 000 https://www.wojsko-polskie.pl/wat/ kontakt deklaracja dostępności USOSweb 7.0.1.0-2 (2024-02-19)