XD15FPU | Fyzikální pole v užití elektrické energie | Rozsah výuky: | 14+4 | ||
---|---|---|---|---|---|
Přednášející (garant): | Doležel I., Kyncl J. | Typ předmětu: | Z | Zakončení: | Z,ZK |
Zodpovědná katedra: | 315 | Kreditů: | 5 | Semestr: | Z |
Anotace:
Cílem předmětu je získání základních znalostí o problematice fyzikálních polí v užití elektrické energie. Student nejprve získá přehled o matematických metodách fyziky kontinua. Dále jsou probrány vlastnosti elektromagnetického, teplotního, světelného, rychlostního a deformačního pole a úvod do problematiky sdružených úloh. Na závěr je uveden přehled obvyklých metod řešení těchto polí a informace o soudobém SW.
Osnovy přednášek:
1. | Charakteristiky 3D prostoru, souřadnicové systémy a jejich transformace, pojem fyzikálního pole, skalární a vektorové veličiny | |
2. | Diferenciální operátory a jejich fyzikální význam s ilustrativními příklady. Skalární a vektorové potenciály a jejich souvislosti s veličinami polí | |
3. | Integrální vektorové identity (Gaussova a Stokesova věta) a jejich využití pro stanovení charakteristik fyzikálních polí. Zákony toku | |
4. | Bilanční vztahy v elementárním objemu, problematika fyzikálních jevů v oblastech s pevnou a proměnnou hranicí a ilustrativní aplikace | |
5. | Variační princip a jeho využití pro popis fyzikálních procesů. Lagrangeovy rovnice druhého druhu | |
6. | Elektromagnetické pole a jeho charakteristiky, rovnice, okrajové a počáteční podmínky, ukázky | |
7. | Teplotní pole a pole světelných veličin, základní vztahy, okrajové a počáteční podmínky, ukázky | |
8. | Pole mechanických sil a problematika sestavování pohybových rovnic. Matematické modely vybraných elektromechanických systémů | |
9. | Pole termoelastických deformací, základní rovnice, okrajové podmínky. Termoplasticita | |
10. | Interakce několika fyzikálních polí, sdružené úlohy typické pro silnoproudé aplikace | |
11. | Rozčlenění metodiky řešení fyzikálních polí. Využití analytických metod a vhodných transformací | |
12. | Shrnutí a hlavní atributy numerických metod pro řešení fyzikálních polí I - metody diferenciální | |
13. | Shrnutí a hlavní atributy numerických metod pro řešení fyzikálních polí II - metody integrální, hybridní a ostatní | |
14. | Informace o současném SW pro řešení fyzikálních polí, jeho stávající možnosti a perspektivy |
Osnovy cvičení:
1. | 3D problematika v SW Mathematica, ukázky vizualizace skalárních a vektorových polí | |
2. | Analytický a numerický výpočet výrazů s diferenciálními operátory ve 3D, package Calculus v SW Mathematica | |
3. | Užití integrálních vektorových identit k určení polí a jejich význam v bilancování | |
4. | Odvození obecné rovnice zachování v kontinuu bilancí na elementu objemu a pomocí integrálních vektorových identit, ekvivalence obou přístupů | |
5. | Matematické modely jednoduchých elektromechanických systémů | |
6. | Příklady na síly působící v elektromagnetických systémech | |
7. | Příklady okrajových úloh Fourier-Kirchhoffovy rovnice, rozdíly mezi poli světelných a tepelných veličin | |
8. | Meze řešitelnosti Navier-Stokesovy rovnice, ukázky elementárních řešení, pojem mezné vrstvy | |
9. | Termoelastické deformace při indukčním ohřevu | |
10. | Sestavení rovnic indukčního akcelerátoru a nastínění postupu jejich řešení | |
11. | Stanovení provozních parametrů a charakteristik n-fázového kabelu (včetně oteplení a diskuse stárnutí) | |
12. | Sestavení matice soustavy v metodě konečných prvků a diskuse jejich vlastností | |
13. | Sestavení matice soustavy v metodě hraničních prvků a diskuse jejich vlastností | |
14. | Ukázka použití programu OPERA 2D a OPERA 3D při řešení elektromagnetických polí |
Literatura Č:
1. | Bird, Steward, Lightfoot: Přenosové jevy, ACADEMIA 1968. | |
2. | Feynman, Leighton, Sands: Feynmanove prednášky z fyziky, Alfa, Bratislava 1990. |
Literatura A:
1. | Bird, Steward, Lightfoot: Transport Phenomena, John Wiley & Sons, New York 1965. | |
2. | Feynman, Leighton, Sands: The Feynman lectures on physics. |
Požadavky:
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
|
Stránka vytvořena 25. 2. 2002, semestry: Z/2001-2, Z/2002-3, L/2001-2, L/2002-3, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů | Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |