Grundlagen der Elektrodynamik

Grundlagen der Elektrodynamik

Dozent

Herbert De Gersem

Zyklus:

SS (2+2)

Schedule:

summer term (2+2)

Inhalt der Lehrveranstaltung:

Die Vorlesungen Grundlagen der Elektrodynamik und Verfahren und Anwendungen der Feldsimulation beschäftigen sich mit der Lösung der Maxwellschen Gleichungen. Diese beschreiben das Verhalten elektromagnetischer Felder und deren Wechselwirkungen untereinander. Während in der Vorlesung Grundlagen der Elektrodynamik ausschließlich analytische Lösungsmethoden behandelt werden, beschäftigt sich die Vorlesung Verfahren und Anwendungen der Feldsimulation mit numerischen Verfahren zur Feldberechnung.

Zur analytischen Lösung werden die Maxwellschen Gleichungen in ihrer integralen Form und in ihrer differentiellen Form dargestellt. Vorrausetzung für die Darstellung in differentieller Form ist die Einführung der Vektoroperatoren „Gradient, Divergenz und Rotation“. Die Vektoroperatoren erlauben eine kurze und von der Wahl des Koordinatensystems unabhängige Darstellung der Maxwellschen Gleichungen, aus denen mit Hilfe der Vektoranalysis neue Gleichungen abgeleitet werden können.Elektromagnetische Felder werden in folgende Klassen unterteilt: Statische Felder (Elektrostatik und Magnetostatik), Stationäre Felder (Verkopplung der elektrischen und der magnetischen Felder über eine stationäre Stromdichteverteilung), quasistationäre Felder (langsam veränderliche Felder) und schnell veränderliche Felder (Hochfrequenzfelder). Diese Feldklassen werden separat behandelt, da sie verschiedene Lösungsmethoden erfordern. Bei den zeitlich veränderlichen Feldern wird nur der Sonderfall zeitharmonischer Felder (Sinus- Abhängigkeit) betrachtet.

Vorlesungsstoff in Stichpunkten:

  • Vektoranalysis:
  • Elektrostatik: allgemeine Potentialgleichung, Plattenkondensator mit Sprung, Stetigkeit der Feldkomponenten, Spiegelungsmethode, Feldenergie
  • Magnetostatik: Vektorpotential, Gesetz von Biot-Savart, skalares Potential
  • Quasistationäre Felder Einführung komplexer Feldgrößen, Poyntingscher Vektor, Strom- und Feldverdrängung in Leitern (Skineffekt)
  • Ebene Wellen: Lösung im Zeitbereich und bei zeitharmonischer Abhängigkeit, Polarisation, verlustbehaftete Medien, Reflexion an, Brewster-Winkel, TEM-Wellen
  • Rechteck- und Rundhohlleiter: Herleitung der Wellengleichung, Wellenmoden, Energie-, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, Hohlraumresonatoren, Dämpfung einer Welle im Hohlleiter, Koaxialleitung, Mehrschichtenprobleme, Power-Loss-Methode
  • Antennen: Wellengleichung, Kugelwellen, Nah- und Fernfeld von elektrischen und magnetischen Dipolen, Äquivalenztheorem, Abstrahlung vom Hohlleiter

Voraussetzungen:

keine

Wünschenswerte Voraussetzungen:

Grundlagen der Elektrotechnik, Mathematik I bis IV

Form der Prüfungsleistung:

Schriftlich

Ergänzende und weiterführende Lehrveranstaltungen:

Vorlesung Technische Elektrodynamik, Verfahren und Anwendung der Feldsimulation, Softwarepraktikum Verfahren und Anwendung der Feldsimulation, Seminar Numerische Methoden zur Berechnung von Feldern, Projektseminar Elektromagnetisches CAD, weitere Seminare am Institut.

Literaturhinweise:

Vorlesungsskript, erhältlich im Kittler Student Center.