Theoretische Elektrotechnik

Lehrender:

Prof. Dr. Ursula van Rienen                                                                           

Umfang: (Vorlesung/Übung/Praktika)

ThET1 / WS / 5 SWS ( 2 2 1 )
ThET2 / SS  / 5 SWS ( 2 2 1 )

Modulbeschreibung: ab S. 373

(Modullangfassung, zu finden unter: www.ief.uni-rostock.de/index.php)


Ziel: (Inhaltsverzeichnis)

Einführung in die Theorie elektromagnetischer Felder und Wellen; Vermittlung analytischer Methoden zur Lösung der Maxwellschen Gleichungen; Einführung in numerische Verfahren zur Feldberechnung

Voraussetzungen:

  • Grundlagen der Elektrotechnik 1, 2 und 3
  • Mathematik für Elektrotechnik und Informatik 1 und 2
  • Mathematik für Elektrotechnik 3
  • Numerik und Stochastik für Ingenieure

 

Inhalt:

Die Maxwellschen Gleichungen beschreiben das Verhalten elektromagnetischer Felder und deren Wechselwirkungen untereinander. Zur analytischen Lösung werden sie in integraler und differentieller Form dargestellt. Elektromagnetische Felder können in folgende Klassen aufgeteilt werden: Statische Felder, Stationäre Felder, Quasistationäre Felder, Schnell veränderliche Felder. Diese Feldklassen erfordern jeweils unterschiedliche Lösungswege. Die analytische Lösung der Maxwellschen Gleichungen ist nur für einfache geometrische Anordnungen möglich. Zur Feldberechnung für praktische Aufgabenstellungen werden daher numerische Methoden verwendet. Es sind verschiedene Ansätze möglich. Die wichtigsten numerischen Verfahren werden kurz eingeführt. Sie verwenden ebenfalls unterschiedliche Ansätze in den oben aufgeführten Feldklassen.

  • Elektrostatik: Potentialgleichung, Spiegelungsmethode, Separationsansatz, Feldenergie
  • Magnetostatik: Vektorpotential, Gesetz von Biot-Savart, skalares Potential, Kräfte
  • Stationäre Felder: Strömungsfelder, Verkopplung
  • Quasistationäre Felder: Komplexe Feldgrößen, komplexes Potential, Elektro-Quasistatik, Magneto-Quasistatik, Poynting-Vektor, Skineffekt (Strom- und Feldverdrängung in Leitern)
  • Ebene Wellen: Allgemeine Lösung im Zeitbereich, zeitharmonische Lösungen, Polarisation, verlustbehaftete Medien, Reflexion, TEM-Wellen
  • Rechteck- und Rundhohlleiter: Herleitung der Wellengleichung, Wellenmoden, Energie-, Phasen und Gruppengeschwindigkeit, Hohlraumresonatoren, Dämpfung einer Welle im Hohlleiter, Koaxialleitung, Mehrschichtenprobleme, Power-Loss-Methode
  • Numerische Methoden: Finite Differenzen, Orthogonalentwicklung, Finite Elemente, Randelemente, Finite Integration

 

Prüfungsvorleistung:

  • ThET1: keine
  • ThET2: keine

 

Prüfung:

  • ThET1: Klausur 120min
  • ThET2: Klausur 120min 

 

Literatur: