Elektromagnetische Felder I (EMF I)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Electromagnetic Fields I)
(Prüfungsordnungsmodul: Elektromagnetische Felder I)
Modulverantwortliche/r: Klaus Helmreich
Lehrende:
Klaus Helmreich
| Startsemester: |
SS 2021 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (SS) |
| Präsenzzeit: |
30 Std. | Eigenstudium: |
45 Std. | Sprache: |
Deutsch |
Lehrveranstaltungen:
Empfohlene Voraussetzungen:
Voraussetzung: Vektoranalysis, z.B. aus der Mathematik-VL im Grundstudium
Inhalt:
Im ersten Teil der Vorlesung „Elektromagnetische Felder“ wird zuerst der Begriff „Feld“ eingeführt, die speziell damit verbundenen mathematischen Methoden und Aussagen sowie die zugrundeliegenden physikalische Konzepte.
Anschließend wird die Formulierung der Grundaussagen der elektromagnetischen Feldtheorie aus Experimenten und theoretischen Überlegungen in heutiger mathematischer Darstellung nachvollzogen. Dabei werden historische und aktuelle Begriffsbildungen einander gegenübergestellt - Atombau der Materie und Relativität waren bei Aufstellung der Theorie noch nicht bekannt!

Das Nachvollziehen des historischen Begriffsbildungs- und Erkenntnisprozesses erleichtert den Zugang zur Begrifflichkeit und mathematischen Formulierung der Theorie und damit deren Verständnis und „Vorstellbarkeit“.
In Kenntnis von Atombau der Materie und Relativität präzisiert die aktuelle Darstellung die Begriffe, wodurch deren Zahl reduziert werden kann.
Folgerungen aus der Theorie werden vorgestellt - insbesondere die Existenz elektromagnetischer Wellen und die Deutung von Licht als solcher. Exemplarisch werden wesentliche Eigenschaften eines technisch besonders relevanten Wellentyps - der ebenen harmonischen Welle - abgeleitet.
Phänomene in Materie im elektromagnetischen Feld werden aus atomistischer Sicht behandelt, was - zusammen mit der Festlegung der Maßeinheiten - zur aktuellen Begriffsbildung und Formulierung der Maxwell’schen Gleichungen (MG) führt.
Daraus wird das Verhalten von Feldern an Materialübergängen abgeleitet.
Als allgemeine Lösung der MG werden die elektromagnetischen Potentiale hergeleitet, ihre grundlegenden Eigenschaften erläutert und ihre Anwendung zur Lösung feldtheoretischer Fragestellungen dargestellt.
Inhalt und Gültigkeitsbereich der Theorie werden diskutiert.
Die Behandlung zeitlich konstanter elektrischer, magnetischer und Strömungsfelder - ihrer Entstehung und ihrer Eigenschaften - bildet den Abschluß des ersten Teils der Vorlesung.
In den Übungen wird der Stoff der Vorlesung durch die Anwendung auf konkrete wissenschaftliche und technische Problemstellungen und beispielartige Lösung von Standardproblemen vertieft.
Weiteres Ziel der Übungen ist die Vorbereitung auf die schriftliche Prüfung.
Inhaltsübersicht:
Felder: Physikalische Konzepte und mathematische Beschreibung
Begriffe und Grundaussagen der elektromagnetischen Feldtheorie
Folgerungen aus den Grundaussagen: Ausblick auf elektromagnetische Wellen
Materie im Feld und Felder an Materialübergängen
Die Potentiale des elektromagnetischen Felds
Inhalt und Gültigkeitsbereich der elektromagnetischen Feldtheorie
Zeitunabhängige Felder, Teil 1
Lernziele und Kompetenzen:
Nach der Teilnahme an den Modulveranstaltungen sind die Studierenden in der Lage:
Begriffe und physikalische Konzepte der elektromagnetischen Feldtheorie zu erklären
Vektoralgebraische und vektoranalytische Beziehungen und Umformungen zu verstehen und letztere auch vorzunehmen
Kraftwirkungen im elektromagnetischen Feld zu verstehen und zu berechnen
die Bedeutung von Feldgleichungen und Kontinuitätsgleichung zu verstehen
Induktionsvorgänge zu verstehen und für einfache Situationen zu berechnen
grundlegende Eigenschaften ebener elektromagnetischer Wellen zu beschreiben
Phänomene elektrischer und magnetischer Felder in Materie und an Materialübergängen zu verstehen und zu beschreiben
Felder und Potentiale einfacher Ladungs- und Stromdichteverteilungen z.B. mittels der Maxwell'schen Gleichungen, allgemeiner Lösungen der Poissongleichung oder aufgrund mathematischer Korrespondenzen zu berechnen
den Gültigkeitsbereich der Theorie zu benennen
Literatur:
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
- Artificial Intelligence (Master of Science)
(Po-Vers. 2021s | TechFak | Artificial Intelligence (Master of Science) | Gesamtkonto | Nebenfach | Nebenfach Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik | Allgemeine Elektrotechnik | Elektromagnetische Felder I)
Dieses Modul ist daneben auch in den Studienfächern "Computational Engineering (Rechnergestütztes Ingenieurwesen) (Bachelor of Science)", "Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science)", "Energietechnik (Master of Science)", "Informatik (Master of Science)", "International Production Engineering and Management (Bachelor of Science)", "Maschinenbau (Bachelor of Science)", "Maschinenbau (Master of Science)", "Mechatronik (Master of Science)", "Medizintechnik (Bachelor of Science)", "Technomathematik (Bachelor of Science)", "Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)", "Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)" verwendbar. Details
Studien-/Prüfungsleistungen: