2012-01-24

Kursen ges  från och med 2009 med ett något utökat omfång (Tidigare kurskod var TFFY75).

TENTAVISNING sker i Mott i Fysikhuset G403 Tisdag 31/1 2012 kl 12.15-13.00.

Finns listat nu i studiehandboken:
http://kdb-5.liu.se/liu/lith/studiehandboken/svkursplan.lasso?&k_kurskod=TFYA61&k_budget_year=2011

Observera också att jag har lagt in en länk, längre ned på sidan, till ett självstudiehäfte i lösning av
enkla integraler i sfäriskt och cylindriskt koordinatsystem. Länken är under rubriken kurslitteratur.

Observera att formelbladet nu är utökat med omvandling av enhetsvektorerna i de rörliga koordinatsystemen till de i det cartesiska.
 
Observera att ni måste anmäla er till laborationerna. Var ute i god tid. Instruktioner finns längst ned på sidan.
 
 

TENTAMEN 080109          LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 080527          LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 080812            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 090110            LÖSNINGSFÖRSLAG 

TENTAMEN 090605            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 090815            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 100114            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 100602            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 100819            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 110112            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 110601            LÖSNINGSFÖRSLAG   

TENTAMEN 110818            LÖSNINGSFÖRSLAG

TENTAMEN 120112            LÖSNINGSFÖRSLAG

Utbildningsprogram

Kursen ges för D3, och inom lärarprogrammet ( 9FY321).

Mål

Att med Maxwells ekvationer som utgångspunkt ge den orientering om grundläggande elektromagnetism som underlättar förståelsen för elektrotekniska ämnen, samt att ge viss färdighet i att lösa problem inom elektromagnetism.

Kursinnehåll

Elektrostatik: Coulombs lag, elektrisk fältstyrka, potential, Gauss lag, kapacitans, elektrisk dipol, polarisation, dielektriska material.

Ström: strömtäthet, mobilitet, drifthastighet, resistans.

Magnetostatik: magnetisk flödestäthet, Biot-Savarts lag, Amperes cirkulationssats, magnetisk dipol, magnetisering, magnetiska material.

Tidsvarierande fält: induktion, elektromotorisk spänning, Faradays lag, induktans, vågutbredning, vågbrytning, interferens och diffraktion.
Observera: För 9FY321 examineras de kursiverade momenten ovan inom vågfysikdelen.
 
Materialuppbyggnad: Från atom till fast material, bandstruktur och bandgap.

Dielektricitetsfunktionen: hur funktionerna ser ut i olika material, metall, halvledare, isolator, vatten. 

Laboration 1: datorsimuleringar med finita elementmetoden (FEMLAB).

Laboration 2:  Laboration i optik på ljusvågor.

Förkunskaper

Behärska begreppen vektor och vektorfält. Kunna lösa linje-, yt- och volyms-integraler. Behärska cartesiska, sfäriska och cylindriska koordinatsystem. Känna till begreppet gradient. Baskunskaper i mekanik. 

Organisation

15  Föreläsningar; 10 Lektioner; 2 Laborationer (10 h).

Kurslitteratur

1. Huvudlitteratur är Elektromagnetism - Från bärnsten till fältteori, L. A. Engström, Studentlitteratur (2000), ISBN:91-44-01510-0.

2. Arbetsuppgifter 2000, L. A. Engström.

3. Simuleringar med finita-element-metoden inom elektromagnetism, Carina Marcus och Peter Münger

4. Physics Handbook, C. Nordling och J. Österman.

5. Labhäfte i optik

6. Materialuppbyggnad, Bo E. Sernelius, kompendium.

7. Självsudiehäfte med integraler

8. Formelblad (nytt från 2010)

Nr 1 - 5 säljs av Bokakademin.

Arbetsuppgifter

Förutom övningsexemplen i kursboken ingår även Arbetsuppgifter 2000. Dessa är inte obligatoriska, men den som grundligt tänkt igenom och förstått dem har inhämtat en väsentlig del av kursen. Arbetsuppgifterna är därför poängsatta och några av dem kan komma att dyka upp på tentamen. För snabb referens finns ett formelblad längst bak på omslagets insida. Detta formelblad kommer att bifogas tentamen.

Samarbete är tillåtet och uppmuntras: diskutera och jämför lösningsmetoder och formell behandling med varandra (detta gäller givetvis inte vid tentamenstillfället). Arbetsuppgifterna gås inte igenom på lektionerna, men diskutera gärna principiella frågeställningar med era lärare.

Laboration 1

Syftet med laborationen är dels att visa hur datorer kan användas för att lösa elektromagnetiska problem numeriskt m h a den s k finita elementmetoden, dels att undersöka rimligheten hos en del vanliga approximationer som man tvingas göra när man löser vissa problem analytiskt. Observera att det är obligatorisk närvaro vid båda labtillfällena. Man måste vara aktiv vid båda tillfällena även om man blir godkänd på tre simuleringar redan vid första tillfället.

Laborationen består av fem simuleringar:

1. Plattkondensator

2. Plattkondensator med runda hörn

3. Cylinderkondensator

4. Cylindrisk resistor

5. Läckresistans

De tre första simuleringarna handlar om elstatik och de två sista om strömmar. Laborationen utförs i grupper om två eller tre personer och redovisas muntligt för assistenten. För att bli godkänd krävs att man har gjort minst 3 st simuleringar, varav nr 1 och nr 2 enligt ovan är obligatoriska. Tiden för laborationen är totalt 6h, uppdelat på två pass (4+2h).

Labbarna körs på arbetsstationer i fysikhuset, C303, vilket förutsätter att åtminstone en person i varje labgrupp har ett konto. Normalt sett har alla studenter på civilingenjörsutbildningarna redan kvitterat ut ett konto (och lösenord) hos Knutpunkten. Om inte, gör det i god tid till första labtillfället. Förberedelser: I en del av momenten ska man jämföra de erhållna resultaten med de från idealiseringar. Försök att lösa dessa innan labtillfället. 

Laboration 2.

1. Diffraktion i enkelspalt och cirkulärt hål.
2. Gitter
3. Mikrovågor, kvalitativ interferens och diffraktion.

Till dessa 3 experiment finns utrustning till alla laborationsgrupperna. Dessutom finns en uppställning vardera av några andra experiment vilka demonstreras, alternativt görs växelvis mellan laborationsgrupperna. Dessa experiment är:

4. Michelsons interferometer
5. Polarisationsriktningens inverkan på reflektion av ljus, kvalitativ bestämning av Brewstervinkeln och brytningsindex för en glassort.
6. Spänningsoptik.
7. Flytande kristall
8. Hologram 
 

Examination

Examinationen består dels av en skriftlig tentamen och dels av godkänd laboration. Rapportering till LADOK sker enligt:  Tentamen 5 hp (4.5hp för LIFY4); Laborationer  1hp (0.5 +0.5).

Den skriftliga tentamen kommer att bestå av ett antal uppgifter om sammanlagt 20p. För godkänt krävs ca 8p. Tillgänglig tid kommer att vara fem timmar, och tillåtna hjälpmedel är miniräknare (policy) och Physics Handbook. (Det är tillåtet att märka med överstrykningspenna, men inte att skriva dit text). Dessutom kommer tentamen åtföljas av ett formelblad. Detta formelblad är identiskt med det som finns under punkt 8 ovan .
Uppgifterna kan vara av såväl beskrivande som beräknande natur.
 
 

Personal
 

Namn	Tel	E-post	Kursmoment
Bo E. Sernelius	281724	bos@ifm.liu.se	Kursansvarig Föreläsningar. Lektioner
Jonas Sjöqvist	288958	jonsj@ifm.liu.se	Lektioner, laborationer
Jonas Wissting	281237	wiss@ifm.liu.se	Laborationer
Agne Virsilaite Maras	281229	agnvi@ifm.liu.se	Administratör

Eventuella frågor på lektioner och labbar bör i första hand adresseras till närmast berörd lärare enligt ovan.

Slutord

Elektromagnetiska fenomen beskrivs av Maxwells ekvationer, vilka är fyra till antalet. Dessa kan i sin tur formuleras på två ekvivalenta sätt: integral- eller differentialform. Eftersom denna kurs, på ett begränsat antal timmar, i första hand skall ge en introduktion till området är det lämpligt att fokusera på en av dessa formuleringar. Vi kommer därför i huvudsak att använda integralformen eftersom den normalt ger en bättre förståelse för de underliggande fysikaliska principerna.

Maxwells ekvationer har samma centrala ställning inom elektromagnetismen som Newtons rörelselagar har inom mekaniken. Detta ger en kompakt och väl sammanhållen teori. Vi kommer att utnyttja detta och olika delområden presenteras därför som speciella tillämpningar av Maxwells ekvationer.

I planeringen anges litteraturhänvisning till kursboken (Litt). Där anges även lektionsuppgifter samt lämpliga hemuppgifter efter föreläsningarna (instuderingsuppgifter), antingen övningsuppgifter i kursboken (Uppg) eller arbetsuppgifter (Arb).