Vorlesung "Elektrische und magnetische Felder"
- Details
- Zuletzt aktualisiert: Sonntag, 19. Januar 2020 17:50
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Empfohlene Einordnung im Curriculum
Pflichtvorlesung für Studierende elektrotechnischer Diplom- und Bachelor-Studiengänge im 3. Fachsemester
Englische Bezeichnung
Electrical and Magnetic Fields
Umfang
6 Semesterwochenstunden (3 Blöcke zu 90 Minuten) über ein Semester
Sprache
deutsch
Motivation
- Nachdem im 1. und 2. Fachsemester zur Komplexitätsreduktion nur elektrische Vorgänge in Netzwerken aus Elementen mit konzentrierten Parametern betrachtet wurden, werden nun räumlich ausgedehnte zeitinvariante und langsam zeitvariante elektrische und magnetische Felder betrachtet.
- Die Vorlesung kommt mit den Grundbegriffen der Vektoranalysis aus, setzt aber keine diesbezüglichen Vorkenntnisse voraus.
- Am Ende der Vorlesung sollen die Teilnehmer die Maxwellschen Gleichungen in differenzieller und integraler Form nicht nur kennen, sondern auch verstehen.
- Da in der Praxis komplexe elektromagnetische Feldanordnungen nicht geschlossen berechnet werden können, werden am Ende der Vorlesung die Grundlagen der numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder besprochen.
- Die Behandlung schnell veränderlicher Felder mit Wellenausbreitung bleibt einer nachfolgenden Hochfrequenztechnik-Vorlesung vorbehalten.
Ausbildungsziele
- Verständnis der "echten" Elektrotechnik
- Förderung des analytischen Denkvermögens
- Fähigkeit, einfache (hochsymmetrische) Feldanordnungen zu berechnen
- Verständnis der Vorgehensweise bei der numerischen Feldberechnung
Erforderliche Vorkenntnisse und Fähigkeiten
- Elektrische Grundbegriffe: Ladung, Potenzial, Spannung, Strom, Leistung, Energie
- Zählpfeile, rechtswendige Zuordnung
- LTI-Systeme, Überlagerungssatz
- Grundbegriffe der Vektorrechnung
- Zwei- und dreidimensionale Koordinatensysteme und ihre Einheitsvektoren
Inhalt
- Feldbegriff
- Klassifikation, Beschreibung und Darstellung von Feldern der Elektrotechnik
- Grundlagen der Differenzialgeometrie
- Differenzielle und integrale Feldgrößen
- Grundgesetze und Berechnungsverfahren für elementare elektrische und magnetische Felder
- Leistungsumsatz, Energieinhalt
- Verhalten der Feldgrößen an Grenzflächen, Brechungsgesetze, Kraft auf Grenzflächen
- Induktionsgesetz
- Transformator: Selbst- und Gegeninduktion, Kopplungsgrad, Streuung, Wicklungssinn
- Schaltvorgänge in einfachen RC- und RL-Netzwerken
- Grundlagen der Elektrodynamik
- Grundlagen der numerischen Berechnung elektromagnetischer Felder
Lehrmethodik
Seminaristische Vorlesung mit integrierter Übung. Intensive Einbeziehung der Hörer durch begleitende Fragen und Behandlung von Fragen aus dem Auditorium.
Lehrmaterialien
- Literaturempfehlungen
- Ausbildungsziele
- Gliederung der Vorlesung
- Arbeitsblätter, die den größten Teil des Stoffes abdecken
- Aufgabensammlung
- Lösungshinweise zur Aufgabensammlung
- Alte Klausuraufgaben mit Musterlösungen
Prüfungsform
Klausur von 120 Minuten Dauer