Název:	Teoretická elektrotechnika
Zkratka:	TEE
Typ:	povinný
Rozsah:	14 týdnů, týdně 3 hodiny přednášek + 2 hodiny seminárních cvičení
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra elektrotechniky a elektromechanických systémů FM TUL
Přednášející:	Prof. RNDr. Ing. Miloslav Košek, CSc.

 
Stručná anotace předmětu:

Předmět se zabývá aplikacemi teorie elektromagnetického v oblastech přímo využitelných v dalších předmětech. Zásadním cílem je poskytnout studentům kvalitní teoretický základ, z něhož by měli vycházet při řešení praktických problémů. Metoda výkladu vychází z fyzikálních zákonů v integrální formě a převádí je na formu diferenciální s konečným cílem odvození Maxwellových rovnic. Zásadní důraz se klade na fyzikální a technické vysvětlení a interpretaci fyzikálních veličin, zákonů a jevů. Základním cílem výuky v teoretických i laboratorních cvičeních je samostatná a tvůrčí práce studentů. Kromě klasických příkladů se na teoretickém cvičení aplikuje metoda konečných prvků v elektrostatickém a stacionárním magnetickém poli. Část laboratorních měření je řízena počítačem, zbytek je měřen ručně s cílem, aby si studenti osvojili speciální návyky. Požaduje se správné uvádění výsledků s ohledem na chybu, efektivní a výstižné vyhodnocení grafických závislostí.

 
Témata přednášek:

Úvod do vektorové algebry a analýzy

Elektrostatické pole:
a) Pole ve vakuu. Popis pole intenzitou a potenciálem, integrální a diferenciální popis. Elektrické pole bodového, liniového, plošného a objemového náboje. Elektrický dipól. Poissonova a Laplaceova rovnice
b) Pole ve vodiči. Soustava vodičů. Kapacita. Metody výpočtu potenciálu.
c) Pole v látkovém prostředí. Polarizace látky, indukované a permanentí dipóly. Vztah mezi polarizací a vázanými náboji. Jevy na rovinném rozhraní.
d) Energie a síly v elektrostatickém poli.

Stacionární elektrický proud:
Ohmův zákon v integrálním a diferenciálním tvaru.
Rovnice kontinuity, elektromotorické pole a napětí, Kirchhoffovy zákony v integrálním a diferenciálním tvaru.

Stacionární magnetické pole
a) Integrální a diferenciální popis magnetického pole (Biot-Savartův zákon, Ampérův zákon). Vektorový potenciál.Magnetický dipól.
b) Magnetické pole soustavy vodičů. Indukčnost vlastní a vzájemná. Metody výpočtu magnetického pole a indukčností.
c) Magnetické pole v látkovém prostředí. Magnetizace látky. Vztah mezi magnetizací a vázanými proudy. Jevy na rozhraních. Magnetické obvody a jejich řešení.
d) Energie a síly v magnetickém poli.

Nestacionární pole - elektrodynamika
a) Rovnice kontinuity. Posuvné proudy.
b) Elektromagnetická indukce.
c) Úplná soustava Maxwellových rovnic a jejich základní vlastnosti.
d) Tok energie, Poyntingův vektor a jeho praktický význam.

Kvazistacionární elektromagnetické pole - střídavé proudy: Maxwellovy rovnice pro kvazistacionární případ, přechod k modelu elektrického obvodu.

Elektromagnetické vlny
a) Klasifikace nestacionárních jevů. Vlnová rovnice.
b) Rovinné elektromagnetické vlny a jejich vlastnosti v nevodivém a slabě vodivém prostředí, fázová a skupinová rychlost, disperze.
c) Buzení elektromagnetických vln. Elektrický a magnetický kmitající dipól a jeho pole.
d) Jevy na rozhraních dvou dielektrik. Odraz a lom, Fresnelovy rovnice. Jevy na rozhraní dielektrika a vodiče, hloubka vniku, skinefekt.

Systémy s rozloženými parametry
a) Homogenní vedení. Model vedení a odvození telegrafních rovnic.
b) Šíření vln ve vedení. Provozní parametry. Bezeztrátové a ztrátové vedení. Náhradní dvojbran.
c) Spojování vedení, koeficient odrazu a přenosu, přizpůsobovací dvojbran. Přizpůsobená zátěž.
d) Ideální vedení naprázdno a nakrátko, stojaté vlny. Vstupní impedance. Přizpůsobená zátěž. Čtvrtvlnné a půlvlnné vedení.
e) Elektromagnetické pole ve vlnovodech a rezonátorech. Typy vln, impedance.

 
Náplň cvičení:

Elektrostatické pole
a) Průběh elektrostatického pole jednoduchých vodičů (koule, nekonečný válec, nabitá rovina, nabitý disk, rovnoběžné nekonečné vodiče). Aplikace metody konečných prvků (MKP).
b) Spojování kondenzátorů. Výpočet kapacity technických vodičů (deskový, koaxiální, dvoulinka). Kondenzátor se složeným dielektrikem. Přitažlivá síla na desce kondenzátoru.

Stejnosměrný proud
a) Podmínka přizpůsobení reálného stejnosměrného zdroje. Spojování odporů.

Stacionární magnetické pole
a) Magnetické pole jednoduchých útvarů (přímý vodič, kruhová smyčka, cívka). Aplikace MKP.
b) Výpočty vlastních indukčností (přímý vodič, kruhová smyčka, cívka). Aplikace MKP.
c) Silové působení magnetického pole (přímý vodič, obdélníková smyčka). Silové působení mezi vodiči (přímé rovnoběžné vodiče, kruhové smyčky).
d) Magnetické obvody.

Nestacionární jevy
a) Průběh napětí a proudu na homogenním vedení, vstupní impedance různě zakončeného ideálního vedení.
b) Šíření elektromagnetických vln v ideálním a ztrátovém prostředí.

Laboratorní cvičení
a) Měření elektrostatického a stacionárního magnetického pole, měření malých, středních a velkých odporů.
b) Měření vlastností feromagnetických látek.
c) Charakteristiky fotoelektrického zdroje napětí a proudu.
d) Rezonanční obvody.
e) Statické a dynamické vlastnosti nelineárních prvků. Měření rychlosti šíření elektromagnetických vln.
f) Aplikace MKP na jednoduché úlohy elektrostatiky a stacionárního magnetického pole.

Literatura:

Haňka, L.: Teorie elektromagnetického pole, SNTL 1975

Dědek, Dědková: Elektromagnetismus, skriptum VUT Brno 2000

Černohorský, Nováček, Raida: Elektromagnetické vlny a vedení skriptum VUT Brno 1999

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 2.1.2002