angličtina

Pouze domovské fakulty

Absolvent předmětu získá základní přehled o principech numerických metod modelování elektromagnetických polí a bude schopen je vysvětlit.
Absolvent bude schopen provést numerickou analýzu jednodušších problémů elektrostatického pole, ustáleného elektrického pole ve vodivých materiálech, magnetostatického a stacionárního magnetického pole, vf elektromagnetického pole.
Bude schopen sestavit numerický model pro sdružené 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 10 úloh ve cvičení na počítači.

Studenti jsou povinni vypracovat v průběhu semestru 10 zadání ve cvičení na počítači (á max. 5), celkem mohou za zadání získat 50 b. Semestrální zkouška je hodnocena max. 50 b.
Podmínky získání zápočtu: aktivní účast na výuce všech počítačových cvičení, odevzdání všech vypracovaných zadání, získání minimálně 30b za splněné zadání.
Podmínky úspěšného ukončení předmětu: získat zápočet do termínu konání semestrální zkoušky, na semestrální zkoušce získat minimálně 20b.

1) Základní pojmy související s numerickým modelováním polí. Fyzikální, matematický a numerický model. Vybrané partie vektorové analýzy. Fyzikální veličiny popisující vlastnosti elektromagnetického pole. Maxwellovy rovnice.
2) Analýza elektrostatického pole, vlastnosti materiálů v elektrostatickém poli. Poissonova a Laplaceova rovnice. Elementární, analytické a numerické metody řešení Poissonovy rovnice. Princip superpozice a princip zrcadlení. Výpočet indukčních toků, energie v soustavě elektrod, vlastní a vzájemné kapacity soustavy elektrod. Výpočet elektrostatických sil, trajektorie pohybujícího se náboje.
3) Analýza elektrického pole ustálených proudů, tvar Poissonovy rovnice. Výpočet Jouleových ztrát, přechodový (zemní) odpor zemnicích elektrod, krokové napětí.
4) Formální analogie fyzikálních polí a její význam při modelování v praxi. Sdružené problémy - oteplení vodiče jako důsledek vedení proudu.
5) Možnosti a příklady aplikací metody konečných prvků (MKP). Prvky pro dvourozměrnou nebo prostorovou diskretizaci geometrie zadaného uspořádání. Princip generátorů MKP sítí a práce s nimi. Tvarové a aproximační funkce, příklady aproximace.
6) Princip metody konečných prvků. Diskretizace jedno- a dvourozměrné lineární Poissonovy rovnice. Příklad odvození koeficientů soustavy rovnic pro numerické řešení elektrostatické úlohy. Diskretizace nelineární dvourozměrné Poissonovy rovnice.
7) Analýza magnetického pole pomocí skalárního magnetického potenciálu. Redukovaný, rozdílový a zobecněný skalární potenciál. Výpočet magnetických sil v obvodu s permanentním magnetem a vzduchovou mezerou. Stínění magnetostatických polí.
8) Analýza magnetického pole pomocí vektorového potenciálu. Pole cívky buzená napětím a pole cívky buzené elektronickým obvodem. Výpočet vlastní a vzájemné indukčnosti cívek.
9) Analýza harmonicky proměnných polí. Vířivé proudy. Stínění střídavých magnetických polí. Proudovodič umístěný v drážce statoru, Vodivý válec a koule v harmonicky proměnném magnetickém poli. Skinefekt.
10) Analýza vysokofrekvenčních elektromagnetických polí ve vlnovodech a rezonátorech. Výpočet vyzařovacího diagramu, blízkého a zářivého pole dipólové antény. Výpočet obvodových parametrů vf. zařízení. Šíření vln ve volném prostoru, vyzařování a difrakce.
11) Princip metody konečných diferencí, podmínky pro praktické použití. Princip a použití metody FDTD.

Seznámit studenty se základními numerickými metodami výpočtu elektromagnetických polí. Seznámit studenty s programy pro výpočet polí tak, aby byli schopni sami navrhnout vlastní jednoduchý program v prostředí ANSYS.

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

Chari, M., V., K., Salon, S., J.: Numerical Methods in Electromagnetism, San Diego, Academic Press, 2000. ISBN: 978-0126157604 (EN)
Jin, J., M. : Theory and Computation of Electromagnetic Fields, Wiley, 2020, ISBN: 978-1119108047. (EN)
Jin, J.: The finite element method in electromagnetics, 3rd edition, Wiley, 2014, ISBN: 978-1118571361 (EN)
Manual ANSYS Maxwell (ANSYS MaxwellTechnical Notes), ANSYS Inc., 2020. (EN)
Zhu, Y., Cangellaris, A., C.: Multigrid Finite Element Methods for Electromagnetic Field Modeling,Wiley, 2006, ISBN: 978-0471741107 (EN)

J.S. Hesthaven, G. Rozza, B. Stamm. (2016).Certified Reduced Basis Methods for Parametrized Partial Differential Equations. ISBN 978-3-319-22470-1 ISBN 978-3-319-22470-1 (EN)
Quarteroni, A., Manzoni, A., & Negri, F. (2015). Reduced basis methods for partial differential equations: An introduction. Reduced basis methods for partial differential equations: An introduction (pp. 1-263) doi:10.1007/978-3-319-15431-2 (EN)