Elektromágneses terek

A tantárgy angol neve: Electromagnetic Fields

Adatlap utolsó módosítása: 2011. március 16.

Tantárgy lejárati dátuma: 2014. június 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki Szak

Kötelező tárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVA204   3/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Gyimóthy Szabolcs,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Veszely Gyula

egyetemi tanár

Szélessávú Hírközlés
és Villamosságtan
Tanszék

Dr. Zombory László

egyetemi tanár

Dr. Magos András
docens
Dr. Pávó József

docens

Dr. Gyimóthy Szabolcs
docens
Reichardt András
tanársegéd

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("BMETE111821", _))

ÉS

(TárgyTeljesítve("BMEVIHVA109")
VAGY
TárgyTeljesítve("BMEVIEV1019")
VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIEV1014")
VAGY TárgyTeljesítve("BMEVIEV1505")) )

VAGY

(Alairas()
VAGY
Alairas("BMEVIEV2018", _) )

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Ajánlott a Jelek és rendszerek 1. tárgyból a kredit, továbbá a Jelek és rendszerek 2. tárgyból legalább az aláírás megléte.
7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja az elektromágneses teret leíró egyenletek áttekintése, néhány megoldási módszer ismertetése, viszonylag egyszerűen tárgyalható fontos feladatok megoldása, a megoldások értelmezése és alkalmazása.
8. A tantárgy részletes tematikája 1. Alapmennyiségek, alapösszefüggések
Az elektromágneses tér forrásai, a teret leíró vektormezők, integrált mennyiségek.
Elektromágneses tér és közeg kölcsönhatása: a térvektorok kapcsolata, az anyag elektromágneses paraméterei.
A Maxwell-egyenletek integrális és differenciális alakja.
Az elektromágneses tér folytonossági feltételei anyaghatáron.
Az energiamérleg és a Poynting-vektor.
Erőhatások az elektromágneses térben: Coulomb-törvény, Lorentz-erő.
Az elektrodinamika felosztása.
2. Elektrosztatika
Az elektrosztatikus skalárpotenciál és a Laplace-Poisson egyenlet.
Elektródák: a kapacitás fogalma, részkapacitások.
Peremérték-feladatok, a Laplace-Poisson egyenlet egyértelmű megoldhatósága.
A helyettesítő töltések módszere, töltéstükrözés.
3. Elektromágneses terek numerikus számítása
A végesdifferencia módszer.
A Laplace-egyenlet variációs megfogalmazása, illetve gyenge alakja.
A végeselem-módszer alapjai.
Az integrálegyenletek módszere.
4. Stacionárius áramlási, és mágneses tér
Az áramlási tér alapegyenletei, elektrosztatikai analógia, az ellenállás fogalma.
A stacionárius mágneses tér alapegyenletei, mágneses vektorpotenciál, Coulomb mérték, vektoriális Poisson-egyenlet.
A Biot-Savart törvény.
Az ön-, és kölcsönös induktivitás fogalma.
Koncentrált paraméterű villamos hálózatok, Kirchhoff-egyenletek.

5. Indukálási jelenségek

Nyugalmi és mozgási indukció.

6. Távvezetékek

Elosztott paraméterű hálózatok, a távíró egyenlet.
A Helmholtz-egyenlet és általános megoldása, haladó hullám, terjedési együttható, hullámimpedancia, fázissebesség, csoportsebesség.
Lezárt távvezeték, reflexiós tényező, állóhullámarány.
A távvezeték mint kétkapu és mint kétpólus, bemeneti impedancia.
A távvezeték mint rezgőkör.
7. Elektromágneses hullámok.
Homogén hullámegyenlet, síkhullám megoldás, TEM módusú terjedés, a Poynting-vektor kifejezése, távvezeték analógia.
Síkhullámok polarizációja, visszaverődése és törése.
Síkhullám veszteséges szigetelőben, komplex permittivitás.
Síkhullám vezetőben, behatolási mélység, áramkiszorítás, örvényáramok.
8. Elektromágneses hullámok keltése
Inhomogén hullámegyenlet, a Lorentz-mérték, retardált potenciálok, kvázistacionárius közelítés.
A Hertz-dipólus: közel- és távoltér, teljesítményáramlás.
Sugárzási ellenállás és karakterisztika, az antenna irányhatása és nyeresége.
9. Hullámvezetők és rezonátorok
Csőtápvonal: TE és TM módusok, határfrekvencia, határhullámhossz, téglalap keresztmetszetű csőtápvonal módusai.
Nyitott hullámvezetők: mikroszalag-vonalak, dielektromos hullámvezetők.
Optikai hullámvezetők szakaszonként állandó, illetve változó törésmutatóval.
Üregrezonátorok: módusok, jósági tényező, energia ki- és becsatolása.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

- 3 óra/hét előadás évfolyamcsoportonként,

- 1 óra/hét gyakorlat évfolyamcsoportonként,

- 4 óra/félév számítógépes bemutató az előadás keretében.

10. Követelmények

a) A félévközi ellenőrzés rendje:

A félév során két nagyzárthelyit íratunk, értékelésük 1-5 osztályzattal történik. Az aláírás megszerzésének feltétele, hogy a nagyzárthelyik átlaga legalább 2,00 legyen.

b) Vizsga:

A vizsga írásbeli és szóbeli részből áll. A szóbeli vizsgára bocsátás feltétele: az írásbelit legalább 45 %-ra eredményesen kell teljesíteni, ellenkező esetben a vizsga eredménye elégtelen.

11. Pótlási lehetőségek

Bármelyik meg nem írt vagy elégtelen eredményű nagyzárthelyi egy alkalommal pótolható, illetve javítható, ha eredménye elégtelentől különböző lett. Javítási kísérlet esetén a végleges osztályzatot minden esetben az utóbb megírt zárthelyi eredménye adja függetlenül attól, hogy az jobb vagy rosszabb lett, mint az eredetié. 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 hirdetőtáblán található.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Kötelező:

Zombory László: Elektromágneses terek (elektronikus jegyzet).

Ajánlott:

Fodor György: Elektromágneses terek (jegyzet) 55019.

Simonyi Károly, Zombory László: Elméleti villamosságtan, Műszaki Könyvkiadó, 2000.

J. D. Jackson: Klasszikus elektrodinamika, Typotex Elektronikus Kiadó, 2004.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra20
Felkészülés zárthelyire24
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Gyimóthy Szabolcs docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék