| Beschreibung: |
"Theoretische Elektrotechnik" (1 und 2) sind Veranstaltungen, welche das physikalische Verständnis von elektromagnetischen Feldern vertiefen sollen. Sie bilden zudem eine Schlüsselqualifikation für andere Bereiche der Elektrotechnik. In der Energietechnik sind es beispielsweise die Gebiete der Hochspannungstechnik, elektrische Maschinen und im Allgemeinen die der Energieversorgung. Die Vorlesung Theoretische Elektrotechnik stellt in ihrer Gesamtheit aber auch eine Erweiterung des Lehrinhaltes in Richtung der klassischen Elektrodynamik dar, welche wiederum eine Brückenfunktion erfüllt, z.B. für das Gebiet der Hochfrequenztechnik und viele andere.
Die Veranstaltung "Theoretische Elektrotechnik 1" umfasst die folgenden Themenstellungen:
1. Elektrostatik:
-- Das elektrische Feld: Feldstärke und Flussdichte,
-- Die Grundgleichungen der Elektrostatik (Satz von Gauss, Wirbelfreiheit),
-- Das elektrostatische Potenzial,
-- Kapazitätsberechnungen,
-- Einfluss des Materials,
-- Grenzbedingungen,
-- Energie und Kräfte,
-- Das elektrostatische Randwertproblem,
-- Analytische, grafische, semi-analytische, direkte und iterative numerische Lösungsverfahren.
2. Das stationäre elektische Strömungsfeld:
-- Strom und Stromdichte,
-- Die Grundgleichungen des stationären Strömungsfeldes (Kontinuitätsgleichung, Gesetz von Ohm),
-- Grenzbedingungen,
-- Leistungsdichte,
-- Widerstandsberechnungen,
-- Das Randwertproblem des stationären Strömungsfeldes,
-- Dualität zur Elektrostatik.
Im Verlauf der Vorlesung werden auch die benötigten wichtigsten Elemente der Vektorrechnung, der Vektoranalysis, der Koordinatensysteme und der Tensorrechnung erarbeitet.
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| Lernziele: |
Die Studierenden können
-- Randwertprobleme aus der Elektrostatik selbstständig lösen,
-- Randwertprobleme des stationären Strömungsfeldes selbstständig lösen,
-- hierzu analytische oder numerische Berechnungsverfahren anwenden,
-- das Verhalten der elektrischen Felder beim Entwurf zukünftiger Bauteile richtig einschätzen,
-- stationäre Strömungsfelder in Leitern verstehen und deren Verhalten quantitativ bewerten,
-- die Vektorrechnung und die Vektoranalysis im gegebenen Kontext formal korrekt einsetzen.
Insbesondere können die Studierenden auch
-- entsprechende praktische Problemstellungen abstrahieren und modellieren,
-- analytische und numerische Lösungsansätze auf solche Problemstellungen anwenden
und entsprechende Simulationen verstehen und durchführen,
-- die Anforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit berücksichtigen bei der Entwicklung von
Systemen, z.B. bei der Entwicklung von integrierten Analogschaltungen bzw. von Hochspannungsanlagen. |
| Literatur: |
- Pascal Leuchtmann, Einführung in die elektromagnetische Feldtheorie.
München: Pearson Studium, 2005.
- Ingo Wolff: Maxwellsche Theorie - Grundlagen und Anwendung. Band 1: Elektrostatik.
Aachen: Verlagsbuchhandlung Dr. Wolff, 2005.
- Ingo Wolff: Maxwellsche Theorie - Grundlagen und Anwendung. Band 2: Strömungsfelder,
Magnetfelder, Wellenfelder. Aachen: Verlagsbuchhandlung Dr. Wolff, 2007.
- David J. Griffiths: Introduction to Electrodynamics, (3rd. ed). San Francisco: Pearson, 2008.
- David J. Griffiths: Elektrodynamik - Eine Einführung, (3. Aufl.). München: Pearson Studium,
2011.
- Günther Lehner: Elektromagnetische Feldtheorie – für Ingenieure und Physiker.
Berlin: Springer Verlag, 2006.
- Heino Henke: Elektromagnetische Felder – Theorie und Anwendungen, (3. Aufl.).
Berlin: Springer Verlag, 2007.
- Julius Adams Stratton: Electromagnetic Theory, Hoboken: John Wiley & Sons / IEEE Press,
2007.
- Melvin Schwartz: Principles of Electrodynamics. New York: Dover Publications Inc., 1988.
- Gottlieb Strassacker: Rotation, Divergenz und Gradient - Leicht verständliche Einführung in
die Elektromagnetische Feldtheorie. Wiesbaden: Teubner Verlag, 2006. |
