SNOV PREDMETA ELEKTRODINAMIKA V ZIMSKEM SEMESTRU 2013/2014 ---------------------------------------------------------- 7.10.2013 predavanja ELEKTRODINAMIKA ------------------------------------ 1. Osnove elektrotehnike: sila med dvema elektrinama. 2. Elektrostatika: električno polje, pretok, Gaussov zakon. 3. Električna napetost, kapac. kondenzatorja in energija. 4. Snov: rel. dielektričnost in prevodnost, prevodniški tok. 5. Električna prevodnost in upornost, moč na uporu. 6. Magnetostatika: Amper-ov zakon, vprašanje smeri polja. 7. Magnetna poljska jakost in gostota magnetnega pretoka. 8. Faraday-ev zakon indukcije, induktivnost in magn. energija. 9. Gradniki električnih vezij, nič-dimenzijska (0-D) naloga. 10. Dvovod, naloga s porazdeljenimi gradniki, količina računanja? 11. Kapacitivnost in induktivnost trakstega dvovoda, zanemaritve stresanja. 12. Kapacitivnost in induktivnost koaksialnega kabla, kožni pojav. 13. Nadomestno vezje brezizgubnega dvovoda/kabla. 14. Nadomestno vezje resničnega dvovoda/kabla. 15. Nadomestno vezje z mnogimi odseki za porazdeljene veličine. 16. Enačbi za tok in napestost na kratkem brezizgubnem odseku. 17. Limitiranje dolžine odseka, razlike I in U v odvode. 18. Zapis enačb z delnimi odvodi po z in po t. 19. Telegrafski enačbi brezizgubnega voda v časovnem prostoru. 20. Telegrafski enačbi izgubnega voda v časovnem prostoru. 21. Izločanje spremenljivk, valovni enačbi za u(z,t) in i(z,t). 22. Ugibanje rešitve valovne enačbe: u(t+/-z/v) in i(t+/-z/v). 23. Zgled rešitve za napredujoči val, zaporedje slikic v času. 24. Zgled rešitve za odbiti val, zaporedje slikic v času. 25. Neodvisnost rešitev za napredujoči in odbiti val, slikica! 26. Določanje konst. v za trakasti dvovod in koaksialni kabel. 27. Hitrost svetlobe v praznem prostoru. 28. Definicije merskih enot MKSA, izbira c0 in u0, izračun e0. 29. Povezava med tokom in napetostjo za napred. in odbiti val. 30. Definicija in merske enote karakteristične impedance. 31. Zgled karakteristične impedance trakstega dvovoda. 32. Zgled karakteristične impedance koaksialnega kabla. 33. Definicija TEM voda, pravokotnost E,H,v. 34. Povezava med E in H v trakastem dvovotu in koaksialnem kablu. 35. Valovna impedanca praznega prostora in računanje z njo. 14.10.2013 predavanja ELEKTRODINAMIKA ------------------------------------- 1. Ponovitev: telegrafska enačba, rešitev v časovnem prostoru, hitrost in karakteristična impedanca, napredujoči+odbiti val. 2. Energija in moč napredujočega in odbitega vala. 3. Napredujoči in odbiti val za enosmerni vir in porabnik. 4. Definicija in izračun odbojnosti bremena Gama. 5. Zgledi Gama: prilagojeno breme, odprte sponke, kratek stik. 6. Zgledi Gama: večji upor in manjši upor, predznak Gama! 7. Omejitev velikosti odbojnosti za pasivno/aktivno breme. 8. Polnjenje kondenzatorja z napetostnim virom: energija? 9. Napredujoči in odbiti val pri vklopu, breme odprte sponke. 10. Prehodni pojav pri vklopu vira na odprti vod. 11. Pehodni pojav pri polnjenju kondenzatorja preko induktivnosti. 12. Zvonjenje digitalnega signala na nezaključenem vodu. 13. Preprečevanje popačenja z zaprednim uporom v oddajniku. 14. Preprečevanje popačenja z vzporednim uporom v sprejemniku. 15. Preprečevanje popačenja z zaključitvijo obeh strani. 16. Zgled: RS-232 visokoohmski TX, počasen stopničasti odziv. 17. Zgled: low-speed in full-speed USB: zaključitev oddajnika. 18. Zgled: Ethernet UTP: zaključitev na obeh straneh. 19. Zgled: gigabitni Ethernet z dvosmernim prenosom po parici. 20. Transformator v analognem telefonu: vilice mikrofon/slušalka. 21. Mostiček za merjenje Gama, neidealna izvor in V-meter. 22. Vozliščne enačbe mostička za računanje Uvoltmetra. 23. Reševanje vozliščnih enačb za Uvoltmetra. 24. Rešitev: napetost sorazmerna odbojnosti: Uv=Ug/8*Gama. 25. Ponovitev: nadomestno vezje brezizgubnega/izgubnega voda. 26. Modeli izgub v žici (kovini) in dielektriku (izolatorju). 27. Težave enačb za izgubni vod v časovnem prostoru. 28. Zapis izmeničnih veličin s kazalci. 29. Izgubna telegrafska enačba v frekvenčnem prostoru. 30. Brezizgubna rešitev s fazno konstanto oziroma valovnim številom. 31. Izgubna valovno število, fazna konstanta in slabljenje. 32. Konstanta slabljenja Alfa, izgube v Neprih (preveč!). 21.10.2013 predavanja ELEKTRODINAMIKA ------------------------------------- 1. Ponovitev: rešitev valovne enačbe v časovnem prostoru. 2. Ponovitev: definicija odbojnosti in računanje z njo. 3. Ponovitev: rešitev valovne enačbe v frekvenčnem prostoru. 4. Impedanca v frekvenčnem prostoru za pasivno/aktivno breme. 5. Odbojnost v frekvenčnem prostoru za pasivno/aktivno breme. 6. Smith-ov diagram odbojnosti za pasivno (in aktivno) breme. 7. Invertiranje v Smith-u, značilne točke v Smith-u. 8. Potek faze napredujočega in dobitega vala ter odbojnosti. 9. Preslikava Z bremena na vodu: vrtenje faze odbojnosti. 10. Neposreden izraz za izračun preslikave impedance bremena. 11. Kdaj se impedanca preslika v enako vrednost? 12. Zgled: preslikava impedance v energetskem daljnovodu. 13. Četrtvalovni vod ali kdaj se impedanca invertira? 14. Razlaga napetostnega stojnega vala na vodu. 15. Definicija in izračun valovitosti iz odbojnosti bremena. 16. Razlaga tokovnega stojnega vala na vodu. 17. Izračun delovne in jalove moči na prenosnem vodu. 18. Moči napredujočega vala, odbitega vala in bremena. 19. Ponovitev: vod z izgubami, model kovine in dielektrika. 20. Ponovitev: kompleksno valovno število izgubnega voda. 21. Ponovitev: kompleksna karakteristična impedanca izgubnega voda. 22. Konstanta slabljenja v Np/m, definicija in pretvorba Np<>dB. 23. Zapis napredujočega in odbitega vala na izgubnem vodu. 24. Prikaz napredujočega in odbitega vala na izgubnem vodu. 25. Stojni val na izgubnem vodu, različni min/max, 26. Nedefinirana valovitost na izgubnem vodu. 27. Preslikava Gama na izgubnem vodu, spirala v Smithu. 28. Logaritemske merske enote za Gama, prilagoditev return loss. 29. Zgled: povratno slabljenje (return loss) na izgubnem vodu. 30. Velikostni razred izgub kovinskih vodov in stekl. vlakna. 31. Meritev odbojnosti z mostičkom, faza=vektorski voltmeter. 32. Koaksialni protismerni sklopnik, praktične izvedbe. 28.10.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: fizikalne veličine v 3D: skalarji in vektorji. 2. Ponovitev: skalarni in vektorski produkt, fizikalnih zgledi. 3. Zahteve za koordinatni sistem: 3D, pravokotni, desnoročni. 4. Izračun skalarnega in vektorskega produkt v pravokotnem KS. 5. Kartezični KS, merske enote, obmocje koordinat, smerniki. 6. Zgled: koordinate in smerni vektorji zemljepisnega KS. 7. Težave pri izračunu razdalje in goriva v zemljepisnem KS. 8. Lame-jevi koeficienti za zemljepisno širino in dolžino. 9. Definicija Lame-jevih koeficientov v poljubnem KS. 10. Poljubni krivočrtni koordinatni sistem (q1,q2,q3). 11. Izračun Lame-jevih koeficientov v poljubnem KS. 12. Zgled: izračun hlambda v zemljepisnem KS. 13. Valjni KS, merske enote, območje koordinat, smerniki. 14. Povezava koodrinat med valjnim in kartezičnim KS. 15. Izpeljava Lame-jevih koeficientov v valjnem KS. 16. Krogelni KS, merske enote, območje koordinat, smerniki. 17. Povezava koordinat med krogelnim in kartezičnim KS. 18. Izpeljava Lame-jevih koeficientov v krogelnem KS. 19. Valjni eliptični KS: merske enote, območje k., smerniki. 20. Povezava k. med valjnim eliptičnim in kartezičnim KS. 21. Lame-jevi koeficienti valjnega eliptičnega KS. 22. Podolgovati krogelni eliptični (prolate) KS, k. osi. 23. Smerniki cigare in povezava koordinat s kartezičnim KS. 24. Sploščeni krogelni eliptični (oblate) KS, k. osi. 25. Smerniki polpeta in povezava koordinat s kartezičnim KS. 26. Skalarne in vektorske funkcije v 3D, različni zapisi. 27. Zgled: porazdelitev temperatue v sobi, ploskve iste temperature. 28. Definicija smernega odvoda ali gradienta. 29. Računanje smernega odvoda v poljubnih koordinatah. 30. Zgled: gradient v valjnih koordinatah. 31. Zgled: gradient v krogelnih koordinatah. 32. *** 1. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. 4.11.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA -------------------------------------- 1. Ponovitev: koordinatni sistemi: 3D, pravokotni, desnoročni. 2. Ponovitev: izračun E iz V: smerni odvod v krivočrtnih koord. 3. Simbolični operator odvajanja Nabla in zapis gradienta z njim. 4. Pretovorba Gauss-ovega zakona v diferencialno obliko. 5. Izračun izvornosti (divergence) v kartezičnih koordinatah. 6. Izvornost v poljubnih krivočrtnih koordinatah, razlaga. 7. Pretvorba Amperovega zakona v diferencialno obliko. 8. Izračun vrtinčenja (rotorja) v kartezičnih koordinatah. 9. Ponovitev: Stokes-ov izrek oziroma definicija vektorja vrtinčenja. 10. Vrtinčenje v poljubnih krivočrtnih koordinatah, razlaga. 11. Zgled: vrtinčenje v valjnih in krogelnih koordinatah. 12. Zgled: izvornost v valjnih in krogelnih koordinatah. 13. Amperov zakon: prevodniški, konvektivni in poljski tok. 14. Faraday-ev zakon indukcije v elektrotehniki. 15. Zamenjava integrala in odvoda, nespremenljiva A in normala. 16. Faraday-ev zakon v diferencialni obliki. 17. Zapis treh Maxwell-ovih enačb v diferencialni obliki. 18. Zapis treh Maxwell-ovih enačb s harmonskimi veličinami. 19. Elektrotehnična naloga: izračun EM polja iz izvorov. 20. Sestavljenje diferencialne operacije, vektorski Laplace. 21. Izpeljava valovne enačbe za električno polje z izvori. 22. Izpeljava valovne enačbe za magnetno polje z izvori. 23. Vektorski Laplace v XYZ in druge sestavljene operacije. 24. Ponovitev: skalarni električni potencial v elektrostatiki. 25. Ponovitev: skalarni magnetni potencial v magnetostatiki. 26. Uvedba nove veličine: vektorski potencial, izračun B in E. 27. Izpeljava valovne enačbe za vektorski potencial. 28. Columb-ova/Lorentz-ova izbira za divergenco vek.potenciala. 29. Valovna enačba za skalarni potencial za Lorentz-ovo izbiro. 30. Razlaga pomena valovnih enačb za potenciale. 31. Zgled: izvori in vrtinci potencialnega polja (x,y,z). 32. Zgled: izvori in vrtinci vrtinčnega polja (x,y,z). 33. Zgled: izvori in vrtinci polja s singularnostjo (ro,fi,z). 11.11.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki. 2. Ponovitev: valovni enačbi za E in H brez izvorov. 3. Ponovitev: vektorski in skalarni potencial. 4. Ponovitev: valovni enačbi za A in V z izvori. 5. Definicija energije v elektrostatiki (E.D). 6. Elektrostatična energija iz skalarnega potenciala. 7. Zgled: energija naelektrene krogle na oba načina. 8. Definicija energije v magentostatiki (H.B). 9. Magnetostatična energija iz vektorskega potenciala. 10. Poynting-ov izrek o prenosu moči v dinamiki. 11. Definicija Poynting-ovega vektorja in merske enote. 12. Zgled: Poynting-ov vektor Sonca in ogrevanje mačka. 13. Zgled: pritok moči v telo valjastega upora zunaj/znotraj. 14. Zgled: pretok moči v ploščatem dvovodu, izračun moči. 15. Zgled: dva dvovoda eden vrh drugega, nepotrebna kovina. 16. Poynitng-ov vektor za trenutne in harmonske veličine. 17. Reševanje valovnih enačb za vektorski/skalarni potencial. 18. Skalarni Green-ov izrek za funkciji U in V. 19. Ploskve in volumni v prostoru za Green-ov izrek. 20. Ugibanje Green-ove funkcije v elektrostatiki, Lapalce. 21. Gradient in Laplace Green-ove funkcije v statiki. 22. Integracija po neskončno veliki in majhni ploskvi. 23. Izraz za računanje skalarnega potenciala, zgled iz OE. 24. Ugibanje Green-ove funkcije v dinamiki, valovna enačba. 25. Gradient in Lapalce Green-ove funkcije v dinamiki. 26. Integracija po neskončno veliki in majhni ploskvi. 27. Izraz za računanje skalarnega potenciala v dinamiki. 28. Posplošitev rezultata za poljubne koordinate potenciala. 29. Razvoj valovne enačbe za vektorski potencial v (x,y,z). 30. Uporaba rešitve skalarnega potenciala za komponente. 31. Zakasnjeni vektorski potencial v poljubnem KS. 18.11.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: Maxwell v diferecialni obliki. 2. Ponovitev: vektorski potencial A in skalarni potencial V. 3. Ponovitev: izraza za izračun zakasnjenih potencialov A in V. 4. Naloga: magnetno in električno polje električnega toka v žici. 5. Kontinuitetna enačba iz div(rotH=J+jweE). 6. Kontinuiteta, elektrine na obeh koncih žice. 7. Poenostavitve: kratka žica glede na razdaljo in lambda. 8. Izračun vektorskega potenciala A kratke žice. 9. Pretvorba rezultata za A v krogelne koordinate. 10. *** 2. TIHA VAJA IZ ELEKTRODINAMIKE ***. 11. Izračun magnetnega polja H preko definicije B=rotA. 12. Ponovitev: izračun rotA v krivočrtnih koordinatah. 13. Razlaga členov H, Biot-Savart in sevanje. 14. Možne poti za izračun električnega polja E. 15. Izračun električnega polja E preko ME. 16. Pretvorba rezultata za E v funkcijo elektrin Q. 17. Primerjava E s točkastim elektrostatičnim dipolom. 18. Razlaga členov E in H, meja med statiko in sevanjem? 19. Primerjava členov pri 50Hz, 900MHz in svetlobi pri r=1m. 20. Izračun razdalje, kjer so členi enako veliki. 21. Pomen velikosti členov v nalogah elektrotehnike. 22. Izračun Poynting-ovega vektorja kratke žice. 23. Razlaga sevalnega člena Poynting-ovega vektorja. 24. Nadomestno vezje kratke žice, zahteva za sevalno upornost. 25. Integracija sevane moči kratke žice po veliki krogli. 26. Izračun sevalne upornosti kratke žice, zapis s k in Zo. 27. Zgled: izmere in frekvenca Teslovega transformatorja. 28. Izračun sevalne upornosti Teslovega transformatorja. 29. Ocena kapacitivnosti in izračun izgub Teslovega transformatorja. 30. Izračun sevalnega izkoristka Teslovega transformatorja. 31. Zahteve za učinkovito anteno: izmere primerljive z 1/k. 25.11.2013 - predavanja ELEKTRODINAMIKA --------------------------------------- 1. Ponovitev: tokovni element in električni dipol. 2. Ponovitev: točno E in H polje tokovnega elementa. 3. Ponovitev: sevalna upornost in nadomestno vezje TT. 4. Povezava med valovnim številom k in valovno dolžino lambda? 5. Kje se nahaja sevalna upornost v črnem telesu in v vesolju? 6. Poenostavitve odvodov za sevano polje pri r>>1/k. 7. Simbolični vektor nabla pri r>>1/k v krogelnih koordinatah. 8. Poenostavljen izračun sevanega H tokovnega elementa. 9. Poenostavljen izračun sevanega E tokovnega elementa. 10. Lastnosti sevanega polja, nima vzdolžne komponente. 11. Razmerje in medsebojna faza E in H, TEM val, delovni Poynting S. 12. Izračun E neposredno iz A na velikih razdaljah, brez komponente r! 13. Demo: radijski sprejemnik in baterija, povezovalna žica za anteno. 14. Ponovitev: TEM val na trakastem vodu, Rb=Zk. 15. Poskus: ni odboja na koncu zaporedne vezave trakstih dvovodov. 16. Poskus: ni odboja na koncu razširjenega voda v lijak. 17. Razlaga poskusov z izmerami naprave, sredina ne ve o robovih. 18. TEM valovodni lijak kot učinkovita antena, Rs=Zk. 19. Ravni in stožčasti koaksialni kabel. 20. Stožčati dvovod: na isti strani in na različnih straneh. 21. Ugibanje rešitve za električno polje v (r,theta,fi). 22. Preverjanje 3.ME, ker v praznem prostoru ni elektrin ro. 23. Izračun H iz 2.ME, pravokotnost in Zo med E in H. 24. Preverjanje 1.ME, kar v praznem prostoru ni tokov J. 25. Izračun toka in napetosti na bikoničnem dvovodu, kvocient je Zk. 26. Izračun sevalne upornosti bikonične antene. 27. Praktična izvedba in impedanca discone antene. 28. Sevanje majhne tokovne zanke, zanemaritvi a<Alfa. 12. Zgled: skica usihajočega napredujočega vala. 13. Definicija vdorne globine valovanja v dober prevodnik. 14. Izračun vdorne globine za dober prevodnik. 15. Zgled: slabljenje radijske zveze s podmornico na f=10kHz. 16. Izračun tabele vdornih globin, različne frekvence, Cu/Fe. 17. Razlaga kožnega pojava na površini okroglega Cu vodnika. 18. Integracija gostote toka v ploskovni tok. 19. Ploskovna impedanca in ploskovna upornost kovine. 20. Razlaga izgubne upornosti kot plast z enakomernim tokom. 21. Primerjava izgub vodnika krožnega prereza za enosmerno in izmenično. 22. Primerjava upornosti bakrenega in železnega vodnika. 23. Gradnja vodnikov za različne f, srebrenje, hrapavost. 24. Podaljšanje poti zaradi hrapavosti površine, zgled FR4. 25. Koaksialni kabel v dinamiki, porazdelitev I, kožni pojav. 26. Nadomestno vezje kokasialnega kabla s kožnim pojavom. 27. Karakt. impedanca in valovno število izgubnega kabla. 28. Izračun valovnega števila s približki, alfa slabljenja. 29. Izračun izgub koaksialnega kabla v decibelih. 30. Zmanjševanje izgub kabla: dielektrik in geometrija. 31. Iskanje minimuma izgub kot funkcija razmerja oklop/žila. 32. Zgled: izračun izgub na enoto dolžine koaksialnega kabla. 33. Načrtovanje omrežja kabelske televizije in številske zveze. 13.1.2014 - predavanja ELEKTRODINAMIKA -------------------------------------- 1. Ponovitev: valovanje v dobrem prevodniku, vdorna globina. 2. Ponovitev: izriv toka na površino, R vodnika za = in izmen. 3. Kvaliteta tuljave za izmenično, frekvenčni potek. 4. Izvedba visokofrekvenčne pletenice in VF navitij. 5. Ponovitev: izgube v vodnikih koaksialnega kabla @500MHz. 6. Izbira geometrije koaksialnega kabla za min slabljenje. 7. Ponovitev: višji rodovi v koaksialnem kablu. 8. Druge vrste kovinskih vodov, simetrični dvovod. 9. Primerjava okrogli dvovod/koaks: upornost, Zk, izgube. 10. Zgled: domet telefonskih dvovodov, Pupin-ove tuljave. 11. Tiskano vezje, električne lastnosti vitroplasta. 12. Mikrotrakasti, traksti, koplanarni in drugi vodi. 13. Hibridni rod mikrotrakastega voda, nagnjene silnice. 14. Vzdolžne komponente E in H, nedefiniran Zk. 15. TEM približek pri h<