Theoretische Elektrotechnik

Theoretische Elektrotechnik
Studiengang /
Profile
Bachelorstudiengang Elektrotechnik und Informationstechnik
Verantwortlich für
das Modul
Prof. Dr.-Ing. Steffen Paul
Lehrende im Modul
Pflicht/ Wahlpflicht
Prof. Dr.-Ing. Steffen Paul
Pflicht
Arbeitsaufwand
13 Kreditpunkte, 390 h
(workload)/ Berechnung  Präsenzzeit: 112 h (8 SWS x 14 Wochen)
der Kreditpunkte
 Vor- und Nachbereitung: 168h (6 h/Woche x 28 Wochen)
 Prüfungsvorbereitung: 110 h
Lehr- und
 4 SWS Vorlesung
Lernformen
 3 SWS Übung
Der Übungsstoff wird in engem zeitlichem und inhaltlichem
Konzeption
Zusammenhang mit der Vorlesung bearbeitet.
Zusätzliche Übungsaufgaben mit Lösungshinweisen werden zur
freiwilligen Lösung Verfügung gestellt.
Es wird ein moderiertes Diskussionsforum im Internet (StudIP)
bereitgestellt. Dort sollen Fragen zur Vorlesung und Übungen
diskutiert werden. Insbesondere werden Lösungswege für die
bereitgestellten „freiwilligen“ Übungsaufgaben diskutiert. Hier
kann auf ausgiebige Erfahrungen aus dem Diplomstudiengang
zurückgegriffen werden.
Der Vorlesung vorgeschaltet ist eine kurze Wiederholung der für
die Lehrveranstaltung wesentlichen mathematischen Grundlagen
und Werkzeuge.
Lehrveranstaltungen
Theoretische Elektrotechnik I
Theoretische Elektrotechnik II
Dauer des Moduls
2 Semester, das Modul ist im 3. und 4. Semester zu belegen
Lage
Inhalte
Theoretische Elektrotechnik I
 Mathematische Grundlagen: Feldbegriff, Koordinatensysteme,
Differentialoperatoren, Integralsätze, Feldtypen und
Lösungsverfahren
 Elektrostatik: Coulombsches Gesetz, Feldstärke, Potential,
quellenfreie Felder einfacher Symmetrie, Felder von
Punktladungen und Ladungsverteilungen,
Verschiebungsdichte, Kondensator und Kapazität, Dipole,
Polarisation, Doppelschicht, Potentialtheorie mit
Eindeutigkeitsbeweis, Materie im elektrostatischen Feld,
Mehrleitersysteme, Energie und Kraft, Spiegelungsmethode
 Das stationäre Strömungsfeld: Eingeprägte Feldstärke,
Stromdichte, Materialgleichung, Feldgleichungen,
Grenzbedingungen, Leistungsdichte, Relaxation, formale
Analogien zum elektrostatischen Feld, Kirchhoffsche Regeln
für Netzwerke aus konzentrierten Elementen, verallgemeinerte
Zweipolgleichungen
 Magnetostatik: Feldgrößen, Durchflutungsgesetz,
Grenzbedingungen, Vektorpotential, Biot-Savart,
Skalarpotential, Dipol, Magnetisierung, Materie im Magnetfeld,
Magnetischer Fluss, Selbstinduktion, Selbstinduktivität,
Faraday’sches Gesetz
 Quasistationäre Felder: Kontinuitätsgleichung,
Induktionsgesetz für ruhende und nichtrelativistisch bewegte
Materie
Lernziele,
Qualifikationsziele
Häufigkeit des
Angebots
Theoretische Elektrotechnik II
 Historisches
 Die vollständigen Maxwellschen Gleichungen,
Grenzbedingungen
 Energieumwandlung im elektromagnetischen Feld,
Poyntingvektor
 Ebene Wellenfelder: Ebene Wellen im Vakuum, harmonische
Zeitabhängigkeit, ebene Wellenfelder in verlustbehafteter
Materie, Ausbreitungsgeschwindigkeiten, Stromverdrängung,
Überlagerung, Reflexion, Transmission
 Wellenleiter: Rechteckhohlleiter, geführte TEM-Wellen,
Doppelleitung
 Elektrodynamische Potentiale, Hertz’scher Dipol
 Die grundlegenden Kenntnisse der elektromagnetischen
Felder aus der Lehrveranstaltung „Grundlagen der
Elektrotechnik“ werden mit einer belastbaren theoretischen
Basis versehen.
 Die theoretische Basis für die nachfolgenden
Lehrveranstaltungen wie u.a. Werkstoffe und Bauelemente,
Elektronik, Schaltungstechnik, Hochfrequenztechnik,
Systemtheorie wird bereitgestellt.
 Grundsätzliche mathematische Methoden und Werkzeuge für
die Lösung von feldtheoretischen Problemen werden
bereitgestellt und angewendet. Dadurch ergeben sich
Kenntnisse die zum Einsatz moderner Softwarewerkzeuge zur
Lösung von elektromagnetischen Feldproblemen erforderlich
sind und die es ermöglichen, die Ergebnisse dieser
Werkzeuge zu beurteilen
jährlich
Sprache
deutsch
Voraussetzung für die
Teilnahme
Keine formalen Voraussetzungen
Studien- und
Schriftliche Prüfung, 180 min
Prüfungsleistungen
(inkl.
Prüfungsvorleistungen), Keine Prüfungsvorleistungen
Prüfungsformen
Literatur zum Modul
 G. Lehner, Elektromagnetische Feldtheorie für Physiker und
Ingenieure
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K. Simonyi, Theoretische Elektrotechnik
S. Blume, Theorie Elektromagnetischer Felder,
H. Frohne, Elektrische und magnetische Felder,
A. Sommerfeld, Vorlesungen über Theoretische Physik, Bd.
III Elektrodynamik
J. Fischer, Elektrodynamik,
Brandt, Dahmen, Elektrodynamik
I. Wolf, Maxwellsche Theorie,
E. Phillippow, Grundlagen der Elektrotechnik
E. Durand, Magnétostatique
R. Plonsey, E. Collin, Electromagnetic Fields
J. C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism