čeština

Studenti získají základní přehled o principu numerických metod modelování elektromagnetických polí a technických aplikacích parciálních diferenciálních rovnic. Budou schopni formulovat a řešit základní problémy z oblasti elektromagnetismu i problémy kombinované (elektromechanické, elektrotepelné aj.).

Student by měl být schopen vysvětlit základní pojmy z elektromagnetismu, vysvětlit základní fyzikální principy elektromagnetismu a diskutovat jejich důsledky. Měl by porozumět matematickému zápisu parciálních diferenciálních rovnic.

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači. Předmět využívá e-learning.
Student vypracuje povinně v průběhu semestru 13 úloh ve cvičení na počítači.

Studenti jsou povinni vypracovat v průběhu semestru samostatný projekt, který obhájí formou prezentace, celkem mohou získat 40 b. Semestrální zkouška je hodnocena max. 60 b.
Podmínky získání zápočtu: aktivní účast na výuce všech počítačových cvičení, odevzdání samostaného projektu, získání minimálně 20b za splnění.
Podmínky úspěšného ukončení předmětu: získat zápočet do termínu konání semestrální zkoušky, na semestrální zkoušce získat minimálně 20b.

Osnova přednášek:
1) Úvod do modelování, základní pojmy, veličiny a rovnice pro analýzu polí
2) Analýza elektrostatického pole I.: Poissonova rovnice, úplný matematický model, typy okrajových podmínek a jejich fyzikální význam.
3) Analýza elektrostatického pole II.: elektrostatické okrajové podmínky, druhy elektrod a interpretace fyzikálních veličin na elektrodách. Energie elektrostatického pole a kapacita soustavy elektrod.
4) Stacionární a kvazistacionární elektrické pole, technické aplikace parciálních diferenciálních rovnic
5) Teplotní, termoelektrické a sdružené úlohy
6) Magnetostatická analýza I.: formulace magnetostatické úlohy,zdroje magnetického pole, okrajové podmínky a jejich využití.
7) Magnetostatická analýza II.: magnetické materiály a postprocesing magnetického pole.
8) Analýza kvazistacionárního elektromagnetické pole: Vlnová rovnice v nevodivém a v dobře vodivém prostředí. Hloubka vniku, povrchový jev, vyhraněný povrchový jev a jev blízkosti.
9) Základní vztahy a principy pro vysokofrekvenční analýzy I.: úvod do vysokofrekvenčních simulací, přehled aplikací, základní teoretické vztahy a principy, fyzikální vlastnosti a materiálové modely.
10) Základní vztahy a principy pro vysokofrekvenční analýzy II.: základní typy VF simulací a jejich aplikace. Výsledky analýz a jejich vyhodnocení.
11) Variační a přibližné metody řešení okrajových úloh: Variační metoda řešení okrajových úloh, Ritzova a Galerkinova přibližná metoda řešení.
12) Metoda konečných prvků: charakteristika a princip metody. Formulace rovnic na úrovni prvků. sestavení globální matice soustavy a její řešení a vyhodnocení výsledků.
13) Metoda hraničních prvků a metoda konečných diferencí: princip metody hraničních prvků, konečných diferencí a porovnání jednotlivých numerických metod.

Osnova počítačových cvičení:
1) Seznámení s programem ANSYS Maxwell, základy modelování.
2) Numerické řešení Poissonovy rovnice programem ANSYS Maxwell
3) Analýza elektrostatického pole VN průchodk (energie, kapacita, intenzita, náboj).
4) Elektrická analýza tranzistorové struktury IGBT (rezistivita, Jouleovy ztráty).
5) Teplotní analýza tranzistorové struktury IGBT (teplota, energetická bilence).
6) Elektromagnet nad feromagnetickým diskem (výpočet indukčnosti, sil).
7) Elektromagnet buzený napěťovým zdrojem a elektrickým obvodem.
8) Permanentní magnet a cívka v blízkosti feromagnetika, cívka nad vodivým diskem.
9) Povrchový jev a jev blízkosti ve vodičích (vířivé proudy, Jouleovy ztráty).
10) Extrakce L a C parametrů vedení.
11) Stínění magnetostatického a nestacionárního magnetického pole.

Seznámit studenty se základními numerickými metodami výpočtu elektromagnetických polí a technickými aplikacemi parciálních diferenciálních rovnic. Seznámit studenty s programy pro výpočet polí tak, aby byli schopni sami formulovat a provádět základní elektromagnetické a teplotní simulace v ANSYS Maxwell a ANSYS Workbench.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Dědek L., Dědková, J.: Elektromagnetismus. Skripta, VUTIUM, Brno 2000 (CS)
Dědková, J., Kříž T.: Modelování elektromagnetických polí. Skripta, VUTIUM, Brno 2012. (CS)
Haňka, L.: Teorie elektromagnetického pole, Praha, SNTL, 1982. (CS)