Elektromágneses terek alapjai

A tantárgy angol neve: Introduction to Electromagnetic Fields

Adatlap utolsó módosítása: 2015. október 19.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak, BSc képzés
Kötelező tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVA201   3/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Gyimóthy Szabolcs, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
4. A tantárgy előadója

Dr. Veszely Gyula

professor emeritus

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék, Villamosságtan Csoport

Dr. Pávó József

egyetemi tanár

Dr. Gyimóthy Szabolcs

docens

Dr. Bokor Árpád

címzetes docens

Dr. Bilicz Sándor

adjunktus

Dr. Szabó Zsolt

docens

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Jelek és rendszerek 1-2.
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
(Alairas("BMETE90AX09", _)
VAGY
Alairas("BMETE922246", _))

ÉS

(Alairas("BMETE11AX02", _)
VAGY
Alairas("BMETE11AX22", _)
VAGY
Alairas("BMETE111821", _))

ÉS

(TárgyEredmény( "BMEVIHVA109" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény( "BMEVIHVAA00" , "jegy" , _ ) >= 2 )


ÉS NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIHVAC03" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIHVAC03", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

ÉS Training.Code=("5N-A7")

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:

Kötelező: Jelek és rendszerek 1. kredit, Matematika A3 aláírás, Fizika 2. aláírás

Ajánlott: Jelek és rendszerek 2. tárgyból legalább az aláírás

Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyat: Elektromágneses terek (a BSc képzésben régebben oktatott tárgy), VIHVA204

7. A tantárgy célkitűzése A tárgy elsődleges célkitűzése, hogy a villamosmérnök hallgatókkal megismertesse az elektromágneses térrel kapcsolatos alapfogalmakat és matematikai összefüggéseket. Célja továbbá a fontosabb térszámítási módszerek bemutatása, néhány egyszerűen tárgyalható feladattípus megoldása, a megoldások szemléltetése, értelmezése és alkalmazási területeik áttekintése. Egyszersmind megalapozza az MSc képzésben indított Elektromágneses terek tárgyat.
8. A tantárgy részletes tematikája

Bevezető, alapmennyiségek, alapösszefüggések

  • Az elektromágneses tér forrásai (töltés/töltéssűrűség, áram/áramsűrűség). Az elektromágneses teret leíró vektormezők: intenzitásvektorok (elektromos térerősség, mágneses indukció), gerjesztett vektorok (mágneses térerősség, elektromos eltolás), integrált mennyiségek (elektromotoros erő/feszültség, magnetomotoros erő/gerjesztés, elektromos és mágneses fluxus). Elektromágneses tér és közeg kölcsönhatása (polarizáció, mágnesezettség), a térvektorok kapcsolata, illetve az anyag elektromágneses paraméterei (permittivitás, permeabilitás, konduktivitás).

  • A négy Maxwell-egyenlet integrális és differenciális alakja. Az elektromágneses tér folytonossági feltételei anyaghatáron. Az energiamérleg és a Poynting-vektor. Erőhatások az elektromágneses térben, Coulomb-törvény, Lorentz-erő. A Maxwell-egyenletek teljes rendszere. Az elektrodinamika felosztása.

     

Elektrosztatika

  • Az elektrosztatika alapegyenletei. Elektrosztatikus skalárpotenciál, és az elektrosztatika Laplace-Poisson egyenlete. A Laplace-Poisson egyenlet általános megoldása. Egyszerű elektrosztatikai problémák megoldása ponttöltés terének szuperpozíciójával, vagy a Gauss-törvény alkalmazásával. A helyettesítő töltések módszere, töltéstükrözés. Dipólus tere. Elektródák; a kapacitás fogalma, részkapacitások.

     

Stacionárius és kvázistacionárius folyamatok

  • A stacionárius áramlási tér alapegyenletei, elektrosztatikai analógia. Az ellenállás fogalma.

  • A stacionárius mágneses tér alapegyenletei. A Biot-Savart törvény. Az ön-, és kölcsönös induktivitás fogalma. Indukálási jelenségek, nyugalmi és mozgási indukció.

  • Koncentrált paraméterű villamos hálózatok, Kirchhoff-egyenletek.

     

Távvezetékek

  • Az elosztott paraméterű hálózat fogalma. A távíró egyenlet. Szinuszos állandósult állapot, fazor-reprezentáció. A Helmholtz-egyenlet és általános megoldása. Haladó hullám, terjedési együttható, hullámimpedancia, fázissebesség.

  • Lezárt távvezeték (peremfeltételek), Reflexiós tényező. Hullámkép speciális lezárások esetén (illesztett, rövidre zárt, stb.). Tetszőleges lezárás, állóhullámarány.

  • A távvezeték mint kétkapu. Bemeneti impedancia.

     

Elektromágneses hullámok

  • Térvektorok fazor-reprezentációja.

  • Síkhullámok. TEM módusú terjedés. A Poynting-vektor kifejezése. Síkhullám-távvezeték analógia. Síkhullám ideális szigetelőben. Síkhullám veszteséges szigetelőben. Síkhullám vezetőben. Behatolási mélység, áramkiszorítás. Síkhullámok polarizációja. Síkhullámok visszaverődése és törése.

  • Gerjesztett hullámok. A Hertz-dipólus tere (levezetés nélkül), közel- és távoltér, síkhullám-közelítés, teljesítményáramlás.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 3 óra/hét előadás évfolyamcsoportonként,
1 óra/hét gyakorlat kiscsoportos bontásban,
4 óra/félév számítógépes bemutató az előadás keretében.
10. Követelmények
  1. A szorgalmi időszakban: A félév során három nagy zárthelyit íratunk, értékelésük 1-5 osztályzattal történik. Az aláírás megszerzésének feltétele, hogy a két legjobb eredményű zárthelyi átlaga legalább 2,0 legyen, ugyanakkor az egyes zárthelyik eredményére nincs minimumkövetelmény. A meg nem írt zárthelyi az átlag képzésénél 1-es értékűnek számít.

  2. A vizsgaidőszakban: A vizsga írásbeli és szóbeli részből áll. A szóbeli vizsgára bocsátás feltétele: az írásbelit legalább 40 %-ra eredményesen kell teljesíteni, ellenkező esetben a vizsga eredménye elégtelen.

    Az 5. ismétlő vizsga (6. vizsga) esetében az írásbeli eredményétől függetlenül lehetőség van szóbeli vizsgára, amelyet azonban minden esetben bizottság előtt kell lefolytatni.

    Kedvezmény:
    A beugró megírása alól mentesül (tehát rögtön szóbelizhet) az, akinek zárthelyi átlaga legalább 4, vagy az Elektromágneses terek versenyen I-III. helyezést ért el. Ez a kedvezmény csak az aláírásszerzés félévében, és csak egyetlen vizsgaalkalommal érvényes.

  3. Elővizsga: nincs

11. Pótlási lehetőségek
  • A zárthelyik nem pótolhatók, azonban a három zárthelyiből csak a két legjobb eredményű számít.

  • Aláíráspótlásra egyéb lehetőség nincs.

12. Konzultációs lehetőségek A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján, a vizsgaidőszakban előre kijelölt napokon lehet konzultálni. A fogadóóra időpontja illetve a konzultáció helye és ideje a tanszéki honlapon (www.hvt.bme.hu) található.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Kötelező

  • Zombory László: Elektromágneses terek (elektronikus jegyzet)

  • Bilicz Sándor: Elektromágneses terek példatár (jegyzet) 55087

Ajánlott

  • Fodor György: Elektromágneses terek (jegyzet) 55019.

  • Simonyi Károly: Villamosságtan, Akadémiai Kiadó, 1983.

  • Dr. Bilicz Sándor: A matematika villamosmérnöki alkalmazásairól, példákon keresztül (elektronikus jegyzet)

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra20
Felkészülés zárthelyire24
Házi feladat elkészítése 
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Pávó József

egyetemi tanár

Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék, Villamosságtan Csoport

Dr. Gyimóthy Szabolcs

egyetemi docens