Elektromágneses terek

A tantárgy angol neve: Electromagnetic Fields

Adatlap utolsó módosítása: 2011. december 12.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak, MSc képzés,

Természettudományos közös tantárgy

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHVM108   3/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pávó József,
4. A tantárgy előadója

Dr. Veszely Gyula, professzor emeritusz, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

Dr. Pávó József, egyetemi tanár, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

Dr. Gyimóthy Szabolcs, egyetemi docens, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

Dr. Szabó Zsolt, tudományos főmunkatárs, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

Dr. Bilicz Sándor, egyetemi adjunktus, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Matematika, Fizika, Jelek és rendszerek 1-2, Elektromágneses terek alapjai

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIHVMA08" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIHVMA08", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

7. A tantárgy célkitűzése
  • A tárgy fő célkitűzése az elektromágneses jelenségek kvalitatív és kvantitatív tárgyalása deduktív módon, a Maxwell-egyenletekből kiindulva.

  • Az elektromágneses terek elméletének magasabb szintű tárgyalása, az alapképzésben megszerzett ismeretek elmélyítése.

  • Az elektromágneses mezők számítógépes szimulációjára alkalmazott módszerek megismertetése, egyes modellezési kérdések tárgyalása. A modellezés alapján történő eszköz tervezési folyamat megismertetése.

  • Néhány elektromágneses eszköz működési elvének ill. térelméleti alapjainak bemutatása az alacsony frekvenciás, villamosenergetikai alkalmazásoktól a nagyfrekvenciás, mikrohullámú eszközökön keresztül egyes optikai és nanoelektronikai alkalmazásokig bezárólag.

8. A tantárgy részletes tematikája

Bevezető rész

  • A Maxwell-egyenletek rendszere. Erőhatások és energia-átalakulások az elektromágneses térben.

  • Elektromágneses tér anyag jelenlétében. Elektromos és mágneses polarizáció, komplex permittivitás és permeabilitás. Szigetelők és fémek optikai tulajdonságai. Anizotrop, nemlineáris és aktív anyagmodellek. Az anyagparaméterek változása a nanométeres tartományban.

  • A Maxwell-egyenletek megoldása potenciálok bevezetésével: elektromos és mágneses skalárpotenciál, mágneses vektorpotenciál, áram-vektorpotenciál, dualitás, a vektoriális Poisson-egyenlet, mértékválasztás. Kvázi-stacionárius közelítés. Homogén és inhomogén hullámegyenlet, retardált potenciálok.

  • Peremérték-feladatok, peremfeltételek, a megoldás egyértelműsége, a peremfeltételek értelmezése. A sugárzási feltétel.

Numerikus módszerek

  • Az időbeli véges differenciák módszere (FDTD)

  • Green-függvények, az integrálegyenletek módszere.

  • Súlyozott maradék-elv, a Laplace-Poisson-egyenlet gyenge alakja, a végeselem-módszer (FEM).

  • Térszámító szoftverek tipikus kezelőfelülete. A diszkretizálás kérdései. Skalár- és vektormezők, hullámterek megjelenítése. Periodikus struktúrák modellezése. Térszámítási és hálózati modellek összekapcsolása. Optimalizálási és inverz feladatok.

Vegyes alkalmazások

  • Mágneses körök. Indukálási jelenségek. Örvényáramok, áramkiszorítás. Örvényáramú anyagvizsgálat.

  • Gerjesztett hullámok: a Hertz-dipólus, közel- és távoltér, iránykarakterisztika, sugárzási ellenállás, irányhatás, nyereség.

  • Vezetett hullámok: csőtápvonal, TE és TM módusok, határfrekvencia, fázis- és csoportsebesség, téglalap keresztmetszetű csőtápvonal módusai.

  • Üregrezonátorok, jósági tényező.

  • Nyitott hullámvezetők: mikroszalag-vonalak, dielektromos hullámvezetők.

  • Metaanyagok: vékony fémes nanohuzalok, rezonáns struktúrák. Elektromágneses hullámok negatív törésmutatójú metaanyagokban.

  • Fotonikus kristályok: két- és háromdimenziós periodikus szerkezetek, diszperziós egyenletek, optikai tiltott sávok. Fotonikus kristály alapú optikai kábelek, hullámvezetők, üregrezonátorok és modulátorok.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 3 óra/hét előadás évfolyamcsoportonként,
1 óra/hét gyakorlat; a gyakorlatokon számítógépes bemutató lesz.
10. Követelmények

a. A szorgalmi időszakban: egy személyre szabott térszámítási feladat megoldása. A feladat beadása egyéni beszámoló során történik. A beszámolóra a hallgatók érdemjegyet kapnak. Az aláírás megszerzésének feltétele a legalább elégséges beszámoló jegy.

b. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.

c. Elővizsga: Jeles házi feladat beszámoló esetén a pótlási héten elővizsgára van lehetőség.

11. Pótlási lehetőségek

A sikertelen beszámolót a pótlási héten lehet megismételni.

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

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

  • Veszely Gyula (szerk.), Az előadásokhoz kapcsolódó jegyzet elektronikus és/vagy nyomtatott formában. (előkészületben)

Ajánlott

  • J. D. Jackson: Klasszikus elektrodinamika, Typotex Elektronikus Kiadó, 2004.

  • J. Van Bladel: Electromagnetic Fields, IEEE Press, Wiley-Interscience 2007

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra15
Felkészülés zárthelyire 
Házi feladat elkészítése29
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Pávó József, egyetemi tanár, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport

Dr. Gyimóthy Szabolcs, egyetemi docens, HVT, Elméleti Villamosságtan csoport