Elektromagnetische Felder

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 9.0 vom 22.12.2022

11M0509

Electromagnetic Fields

• Elektrotechnik (Master) (M.Sc.)
• Informatik - Verteilte und Mobile Anwendungen (M.Sc.)

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Elektromagnetische Felder sind die Grundlage der gesamten Elektrotechnik. Das Fundament zur Behandlung elektromagnetischer Felder sind die Maxwellschen Gleichungen. Ausgehend von den Feldgrößen und ihrer Verknüpfung mit den maxwellschen Gleichungen werden die Begriffe Gradient, Potenzial, Potenzialfunktion, skalares magnetisches Potenzial und magnetisches Vektorpotenzial eingeführt. Es schließt sich eine Behandlung der Integraloperatoren div, grad und rot an. Dem zunehmenden Einsatz von Rechnern zur Lösung von Feldproblemen wird durch eine ausführliche Behandlung der numerischen Verfahren und deren Anwendung an praktischen Beispielen Rechnung getragen.

• 1. Elementare Begriffe elektrischer und magnetischer Felder
• 2. Arten von Vektorfeldern
• 3. Feldtheorie-Gleichungen
• 4. Potenzialfunktion, Gradient, Potenzialgleichung
  5 Potenzial und Potenzialfunktion magnetischer Felder
• 6. Ermittlung elektrischer und magnetischer Felder
• 7. Spannungs- und Stromgleichungen langer Leitungen
• 8. Tyische Differentialgleichungen der Elektrodynamik bzw. der mathematischen Physik
• 9. Numerische Feldberechnungen
• 10. Simulation typischer elektromagnetischer Felder
• 11. Einarbeitung in die Feldsimulationssoftware Comsol Multiphysics
• 12. Projektbeispiel Elektrostatisches Feld (Simulation)
• 13. Projektbeispiel Elektrisches Strömungsfeld (Simulation)
• 14. Projektbeispiel: Abschirmung elektromagnetischer Felder (Simulation)

Wissensverbreiterung
Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, haben ein breites theoretisches Wissen und Verständnis über Elektromagnetische Felder. Sie verstehen die grundlegenden Gleichungen in differentieller Form und kennen die Grundzüge numerischer Feldberechnungen.
Wissensvertiefung
Die Studierenden der Hochschule Osnabrück, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, identifizieren ein feldtheoretisches Problem und entwickeln Lösungsansätze. Sie interpretieren Ergebnisse feldtheoretischer Untersuchungen und präsentieren sie in anschaulicher Weise.
Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden der Hochschule Osnabrück, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, setzen eine Reihe von analytischen und numerischen Verfahren und Methoden zur Berechnung elektromagnetischer Felder ein um so an optimerte technische Lösungen zu gelangen. Sie bewerten die Ergebnisse und stellen diese in geeigneter Form grafisch dar.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden der Hochschule Osnabrück, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, identifizieren und analysieren feldtheoretische Probleme und können die Berechnungsergebnisse einer kritischen Betrachtung unterziehen und anschaulich darstellen. Sie stellen komplexe Ideen in einer gut strukturierten und zusammenhängenden Form vor verschiedenen Personenkreisen mit unterschiedlichen Zielsetzungen vor. Aus den Ergebnissen von Berechnungen leiten Sie Verbesserungsmöglichkeiten ab und entwerfen optimierte Anordnungen.
Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden der Hochschule Osnabrück, die dieses Modul erfolgreich studiert haben, wenden eine Reihe von theoretischen Betrachtungsweisen und Berechnungsverfahren für elektromagnetische Felder an. Sie lösen die Maxwellschen Gleichungen für verschiedene feldtheoretische Fragestellungen und modifizieren Geometrien und Materialien zur Optimierung der Ergebnisse und übertragen die erworbenen Erkenntnisse auf andere Fragestellungen.

Die Veranstaltung besteht aus einer Vorlesung und einem Praktikum zur Vertiefung der Inhalte.

Höhere Mathematik

Heimbrock, Andreas

• Buckow, Eckart
• Emeis, Norbert

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Schwab. A.J.: Begriffswelt der Feldtheorie Elektromagnetische Felder Maxwellsche Gleichungen grad, rot, div etc., Springer; Auflage: 7., bearbeitete. u. erg. Aufl. (8. Januar 2013)

Henke, Heino: Elektromagnetische Felder: Theorie und Anwendung (Springer-Lehrbuch), Springer Vieweg; Auflage: 5 (20. August 2015)

Blume, Siegfried: Theorie elektromagnetischer Felder, 3. Auflage, Hüthig Verlag, 1991

Strassacker, G.: Rotation, Divergenz und Gradient, Teubner Verlag, 7. Auflage 2014

Wolff, Ingo: Maxwellsche Theorie 1 + 2, Verlagsbuchhandlung Dr. Wolff, 3. Auflage 2005

Leuchtmann, Pascal: Einführung in die elektromagnetische Feldtheorie, Verlag Pearson Studium, 1. Auflage 2005

• Mündliche Prüfung
• Hausarbeit
• Klausur 2-stündig

Experimentelle Arbeit

Vertiefte Kenntnis der Maxwellschen Gleichungen in Integralform und Differentialform, analytischer Methoden zur Lösung der Feldgleichungen sowie numerischer Verfahren zur Berechnung elektromagnetischer Felder.

1 Semester

Nur Sommersemester

Deutsch